25.06.2021

Superrechner für große Datenmengen

Supercomputer JURECA erreicht nach Erweiterung 23,5 Petaflops.

Das Forschungs­zentrum Jülich hat den modularen Super­computer JURECA erweitert. Dieser leistet nun 23,5 Billiarden Rechen­operationen pro Sekunde, oder kurz 23,5 Petaflops. Ein besonderer Fokus des Systems liegt auf der Verarbeitung gigan­tischer Datenmengen. Erreicht wurde dies durch die Instal­lation des Moduls JURECA-DC – DC steht für “data-centric” –, das von der französischen Firma Atos geliefert wurde und mit dem Betriebs­system der deutschen Firma ParTec arbeitet. Stand heute gehörte allein dieses neue Modul mit seinen 18,5 Petaflops zu den aktuell 30 schnellsten Super­computern der Welt. Es wird wie der modulare Jülicher Superrechner JUWELS, derzeit schnellster Rechner Europas, auf der aktua­lisierten TOP500-Liste der leistungs­fähigsten Computer der Welt erscheinen, die am 28. Juni bekannt­gegeben wird. Zusätzlich wurde mit dem innovativen Flash-Speicher JUST-IME von HPE und DDN ein Speicher­system installiert, von dem mehrere Jülicher Super­rechner profi­tieren.

Abb.: Das neue daten­zentrische Cluster-Modul JURECA-DC am Forschungs­zentrum...
Abb.: Das neue daten­zentrische Cluster-Modul JURECA-DC am Forschungs­zentrum Jülich. (Bild: R.-U. Limbach, FZJ)

Die Menge an Daten nimmt stetig exponentiell zu, sowohl in der Wissenschaft, als auch in der Industrie. Gut beobachten lässt sich das in der Klima­forschung, etwa anhand neuer, daten­intensiver Techniken der Daten­assimilation, die genauere Vorhersagen zum Klimawandel ermöglichen. Bei der Methode geht es darum, Daten aus Computer­simulationen mit realen Messdaten zu verknüpfen. Ein weiteres Beispiel sind Wetter­prognosen mittels „Deep Learning“. Diese nutzen Muster, die aus gigan­tischen Datensätzen extrahiert werden, um die Vorhersage von lokal auftretenden Gewittern und starken Regenfällen zu verbessern. Die Erneuerung und Erweiterung der Rechner-Infra­struktur am Jülich Super­computing Centre (JSC) trägt der Entwicklung zu daten­getriebenen Ansätzen Rechnung und ermöglicht es Forschenden nun, so große Daten­mengen zu verar­beiten wie nie zuvor. 

Der Superrechner JURECA besteht aus zwei Modulen: ein Cluster-Modul, das universell einsetzbar ist, sowie ein Booster-Modul für spezielle Codes und rechen­intensive Programmteile, die sich sehr effizient parallel auf einer Vielzahl von Rechen­kernen berechnen lassen. Das Cluster-Modul wurde in den letzten Monaten durch das JURECA-DC-Modul ersetzt. Das JURECA-Booster-Modul wurde erst 2017 installiert und bleibt weiter im Betrieb. Das neue JURECA-DC-Modul, das im Mai voll­ständig in Betrieb ging, wurde von Atos geliefert und basiert auf der Sequana-XH2000-Reihe. Es besteht aus insgesamt 768 Rechenknoten, die mit zwei AMD-EPYC-Rome-CPUs mit 64 Kernen und 512 GB bis einem TB Haupt­speicher bestückt sind. Jeder einzelne Rechenknoten verfügt damit über einen Arbeits­speicher, der von der Kapazität her der gesamten Festplatte in einem gewöhnlichen PC entspricht. Ein neuartiges innovatives Flash-Speichersystem von Atos trägt zusätzlich dazu bei, daten­intensive Anwendungen – ähnlich wie mit einer Solid-State-Disk in einem Notebook oder PC – zu beschleunigen. In einem gemeinsamen Projekt arbeiten das Forschungs­zentrum Jülich, Atos und ParTec daran, das System in seiner frühen Produktions­phase schrittweise weiter zu optimieren.

Insgesamt 192 der 768 Knoten sind mit je vier NVIDIA-A100-Grafik­prozessoren (GPUs) ausgestattet. Die immense Rechenpower dieser Grafikprozessoren ist der wesentliche Grund, warum sich die Rechen­leistung des neuen Moduls im Vergleich zum Vorgänger um beinahe eine Größen­ordnung erhöht hat. Von den GPU-beschleu­nigten Rechenknoten profitieren beispielsweise Anwen­dungen des maschinellen Lernens, wie sie bei der Analyse und Verarbeitung von hochaufgelösten Bilddaten in der Hirnforschung zum Einsatz kommen. Das JURECA-DC-Modul wurde im Rahmen des PPI4HPC-Projekts beschafft, in dem sich Rechenzentren aus vier europäischen Ländern zusammen­geschlossen haben, um – erstmals auf europäischer Ebene – in einem gemeinsamen Verfahren neue innovative Super­rechner-Systeme zu erwerben. Die EU fördert den Prozess indem sie 35 Prozent der anfallenden Kosten übernimmt und dafür einen Teil der Rechenzeit für europäische Wissen­schaftler nutzbar machen kann. Neben dem JSC sind das BSC in Spanien, GENCI/CEA in Frankreich und CINECA in Italien an PPI4HPC beteiligt. 
 

FZJ / JOL

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