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Europäisch gefördertes DEEP-Projekt präsentiert Rechner der nächsten Generation
Jülich (fz) – Das EU-Forschungsprojekt DEEP (Dynamical Exascale Entry Platform) hat seinen Prototypen
einer innovativen Rechnerarchitektur vorgestellt, der die Weichen für künftige Supercomputer stellen
soll. Das DEEP-System setzt auf das sogenannte Cluster-Booster-Konzept. Ein Booster aus hochparallelen, untereinander
vernetzten Mehrkern-Prozessoren beschleunigt dabei wie eine Art Turbolader einen Cluster mit herkömmlichen
Prozessoren. Erste Tests belegen die hohe Leistungsdichte, Flexibilität und Energieeffizienz des Systems,
das 16 europäische Forschungseinrichtungen und Unternehmen seit 2011 gemeinsam entwickelt haben. Der Prototyp
wird in den nächsten Jahren am Jülich Supercomputing Centre (JSC) betrieben und für externe Nutzer
zugänglich gemacht.
Die Cluster-Booster-Architektur wurde speziell auf die Anforderungen von Exascale-Rechnern hin entwickelt, die
hundert- bis tausendmal leistungsfähiger sein werden als die derzeit schnellsten Rechner der Welt. Das DEEP-Konzept
zielt auf eine extreme Steigerung der Energieeffizienz und die Skalierbarkeit auf Millionen von Rechenkernen ab.
Die heterogene Architektur ermöglicht es, komplexe Bestandteile eines Programms mit geringer Skalierbarkeit
auf dem konventionellen Cluster auszuführen, während einfache, hochskalierbare Codeteile auf den energieeffizienten,
enorm leistungsfähigen Booster ausgelagert werden.
Der am JSC installierte Prototyp setzt auf Multi- und Manycore-Prozessoren von Intel und besitzt eine Rechenleistung
von 500 Teraflops, was 500 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde entspricht. Der DEEP-Booster ist über ein
Hochgeschwindigkeitsnetzwerk mit dem Cluster verbunden und besteht aus insgesamt 384 Rechenknoten mit Intel®
Xeon Phi-Prozessoren, die speziell auf hochparallele Anwendungen hin zugeschnitten sind. Die Prozessoren, die über
jeweils mehr als 60 Rechenkerne verfügen, kommunizieren untereinander über ein EXTOLL HPC Hochgeschwindigkeitsnetzwerk
mit einer 3D-Torus-Topologie, das von der Universität Heidelberg entwickelt wurde.
Alle Komponenten wurden mittels Eurotechs Aurora-Technologie dicht gepackt in zwei Serverschränken, auch „Racks“
genannt, untergebracht und werden mit einer direkten Warmwasserkühlung energieeffizient gekühlt. Eurotech
war maßgeblich am Design des Boosters beteiligt, der in enger Zusammenarbeit mit Intel, der Universität
Heidelberg und dem Leibniz-Rechenzentrum unter Führung des ExaCluster Lab entstand, einer langjährigen
Kollaboration von Intel, Forschungszentrum Jülich und der Softwarefirma ParTec aus München. Nicht zuletzt
wird der aktuelle Betriebszustand des Rechners permanent mit einer neuen Monitoring-Software überwacht, die
das Leibniz-Rechenzentrum eigens für das DEEP-System entwickelt hat.
Das DEEP-Team hat für das komplexe Hardwaresystem einen kompletten Software-Stack entwickelt, der Nutzern
das Programmieren erleichtert. Anwendungsentwickler können damit auf eine vertraute Programmierumgebung zugreifen,
während die Software die jeweilige Anwendung gleichzeitig optimal für Berechnungen auf dem komplexen
System anpasst. Beide Teile, Cluster und Booster, lassen sich gemeinsam über eine globale Programmierschnittstelle
ansteuern, die auf ParTecs Systemsoftware ParaStation MPI basiert. Darauf sitzt das vom Barcelona Supercomputing
Center weiterentwickelte Programmiermodell OmpSs auf, das nun auch die kollektive Auslagerung hochparalleler Aufgabenteile
unterstützt.
„DEEP war zunächst nur eine Idee. Dass sie tatsächlich ins Leben gerufen wurde, ist dem Einsatz einiger
der qualifiziertesten Wissenschaftler und Ingenieure Europas sowie der Unterstützung der Europäischen
Kommission zu verdanken. Alle beteiligten Unternehmen, Forschungsinstitute und Universitäten können stolz
auf dieses einzigartige System sein, das sowohl universell einsetzbar als auch unglaublich hoch skalierbar ist.
Das Cluster-Booster-Konzept von DEEP wird die Entwicklung künftiger Supercomputer maßgeblich beeinflussen“,
sagt Projektkoordinator Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre.
Sechs Anwendungen aus Wissenschaft und Industrie hat das DEEP-Team bereits für ihr System optimiert. Auch
wenn das mit 18,5 Millionen Euro geförderte EU-Projekt jetzt ausgelaufen ist, gehen die Arbeiten weiter. Das
System wird die nächsten Jahre am JSC laufen und auch externe Nutzer werden Zugang erhalten, die mit dem Prototypen
ihre Anwendungen für künftige Supercomputer optimieren können. Darüber hinaus plant das JSC
die Anschaffung eines weiteren Boosters, mit dem der kürzlich installierte Superrechner JURECA in den nächsten
ein bis zwei Jahren auf eine Rechenleistung von über 10 Petaflops beschleunigt werden soll.
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