Sparsamere Supercomputer

Schon heute stellt der Energieverbrauch für den Betrieb und die Kühlung der Systeme eine große Herausforderung für die Betreiber von Höchstleistungsrechenzentren dar. Das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (LRZ) beschritt mit den warmwassergekühlten Rechnern SuperMUC und CooLMUC gemeinsam mit den Herstellern Neuland. Die Erfahrungen und die Expertise des LRZ werden jetzt in die beiden vom BMBF geförderten Projekte „FEPA“ und „SIMOPEK“ eingebracht.

Das BMBF fördert in beiden Projekten insgesamt vier Projektstellen für wissenschaftliche Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen, die Fördersumme beträgt allein für das LRZ in den nächsten drei Jahren hierfür 775.000 Euro. An den jeweiligen Projektkonsortien sind neben dem LRZ auch das Regionale Rechenzentrum der Universität Erlangen, das Fraunhofer Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen sowie die Firmen IBM, NEC und SorTech beteiligt.

Mit der nächsten Supercomputer-Generation (Exascale Computing) rückt der Energieverbrauch als wichtiger Faktor für die Wirtschaftlichkeit in den Fokus. Das Hauptziel des Vorhabens „Simulation und Optimierung des Energiekreislaufs von Rechenzentrums-Klimatisierungsnetzen unter Berücksichtigung von Supercomputer-Betriebsszenarien“ (SIMOPEK) ist die Optimierung der Energieeffizienz von Höchstleistungsrechenzentren. Dies soll durch die Entwicklung von Methoden und Software zur Modellierung und Simulation der Energiekreisläufe unter Einbeziehung des dynamischen Systemverhaltens erfolgen. Auch neue technische Komponenten und Konzepte zur Wiederverwertung der erzeugten Abwärme werden dabei exemplarisch für unterschiedliche Technologien berücksichtigt.

Für das Projekt finden Untersuchungen der beiden Höchstleistungsrechner SuperMUC und CooLMUC statt. Diese laufen mit „High Temperature Liquid Cooling“ (HTLC), also mit Warmwasserkühlung. Der entsprechende Energiekreislauf soll im Detail betrachtet und optimiert werden. Im Projekt ist damit ein Rechenzentrum als Ganzes das Untersuchungsobjekt, nämlich als Einheit aus seiner Infrastruktur, externen Einflussfaktoren, Rechenzentrumszielen, Betriebsszenarien und Rechnerverhalten. Einsparungen in Höhe von mehreren Millionen Euro über Fünfjahreszeiträume (Rechnerlebenszeit) scheinen in der Praxis möglich.

Das SIMOPEK-Team besteht aus innovativen Kompetenzzentren von Wissenschaft und Industrie, namentlich: LRZ, Fraunhofer Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen (SCAI), IBM Deutschland GmbH, und SorTech AG. Assoziierte Partner sind die Johnson Controls System & Service GmbH, die E.W. Gohl GmbH und das Gauss Centre for Supercomputing (GCS).

Im Anschluss an das Projekt könnten Weiterentwicklungen von SIMOPEK auch bei der Planung neuer Rechenzentren eine Rolle spielen, wobei insbesondere variables Lastverhalten, verschiedene Kühlungstechnologien und innovative Konzepte zur Abwärmenutzung Berücksichtigung finden sollen. Eine Ausweitung auf weitere Anwendungen im Energiemanagement ist ebenfalls geplant.

Während sich das Projekt SIMOPEK auf die Rechner und das Gebäude konzentriert, liegt der Fokus des Projekts FEPA auf den Anwendungen, die auf den Rechnern laufen. Bei FEPA geht es um ein „Flexibles Framework zur Energie- und Performanceanalyse hochparalleler Applikationen im Rechenzentrum“. Gemeinsam mit dem Regionalen Rechenzentrum Erlangen (RRZE) und dem Industriepartner NEC Deutschland GmbH entsteht bei dem Projekt eine Monitoringsoftware zur systematischen Effizienzanalyse der Anwendungen in Abhängigkeit vom verwendeten Rechnersystem. Neben der gezielten Optimierung von Performance und Energieverbrauch kritischer Applikationen sollen Erkenntnisse entstehen, die eine Senkung des Energieverbrauchs durch angepasste Ausführungsmodalitäten (Frequenzanpassung, Nutzung weniger Cores/Sockel, etc.) bei vertretbaren Laufzeitzugeständnissen ermöglichen.
Beide Projekte, SIMOPEK und FEPA, haben eine Laufzeit von drei Jahren

LRZ / PH