Das Deutsche Klimarechenzentrum (DKRZ) erwirbt einen Hochleistungsrechner auf Basis von Bullx B700 DLC Blades für sein High Performance Computing (HPC). In der Endausbaustufe, die 2016 erreicht sein soll, wird der starke, aber dennoch besonders energieeffiziente Bolide etwa 3 Petaflop/s Rechenleistung und eine Speicherkapazität von 45 Petabyte erreichen. Dies entspricht 3 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde und einem Datenvolumen von zehn Millionen DVDs.
Das DKRZ plant für die kommenden zwei Jahre eine Ablösung seines aktuellen Hochleistungsrechnersystems durch ein Petaflop/s-Nachfolgesystem. Hierfür stehen 41 Millionen Euro zur Verfügung, die zu zwei Dritteln vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu einem Drittel von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren finanziert werden. Die Finanzmittel werden dem DKRZ dabei über das Helmholtz-Zentrum Geesthacht – Zentrum für Material- und Küstenforschung (HZG) zur Verfügung gestellt. Am 6. Mai 2014 wurde ein Vertrag mit der Firma Bull unterzeichnet, der die Beschaffung der Kernkomponente, bestehend aus Rechner und Plattenspeicher im Wert von initial 26 Millionen Euro, umfasst.
Das DKRZ ist seit mehr als 25 Jahren als nationale Einrichtung ein Partner der Klimaforschung. Das erfahrene Team von mehr als 70 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wird den Hochleistungsrechner den Gesellschaftern des DKRZ (MPG, FHH, HZG und AWI) und der deutschen Klimaforschergemeinschaft für die Verbesserung von Klimamodellen zur Verfügung stellen. Im Mittelpunkt steht die Frage: „Was hält das Klima für unsere Zukunft und für die der Erde bereit?“ Zentrale Hilfsmittel bei ihrer Beantwortung sind Klimasimulationen, also die Nachbildung des Klimasystems und seiner komplexen Entwicklung im Computer mithilfe numerischer Modelle. Zur Bewältigung dieser Aufgabe benötigt die Wissenschaft Zugang zu speziellen Hochleistungsrechnern wie dem neuen Bull-Supercomputer und Unterstützung bei seiner effizienten Nutzung – beides sind Aufgaben des DKRZ. „Nur durch stets an die neueste Technologie angepasste Hochleistungsrechner können verbesserte Klimavorhersagen getroffen werden. Mit dem Bull-Rechner erhoffen wir uns insbesondere bei der Vorhersage der Wolkenbildung ganz neue Erkenntnisse“, betont Prof. Dr. Jochem Marotzke, Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hauptnutzer unter den Gesellschaftereinrichtungen des DKRZ.
Zudem wird der neue Rechner zur effizienten Ein- und Ausgabe und Verarbeitung großer Datenmengen (Big Data) im Zuge von Klimasimulationen genutzt werden. Die Verbesserung der Modellauflösung, die mit dem System möglich wird, eröffnet der Wissenschaft neue Möglichkeiten, kleinräumige Prozesse auch in globalen Simulationen abzubilden. Phänomene wie beispielsweise der globale Klimawandel lassen sich durch die auf dem Rechner einsetzbaren Algorithmen detaillierter und effizienter untersuchen.
Der künftig zum Einsatz kommende Rechner wird die maximale Rechenleistung gegenüber dem aktuellen um etwa den Faktor 20 steigern. Im Endausbau wird er mehr als 60.000 Prozessorkerne, verteilt auf rund 60 Racks, umfassen. Die Speicherkapazität des Festplattensystems wird um den Faktor sieben ausgebaut. Fortschritte in der Rechnertechnik bewirken dabei, dass das neue System nicht mehr elektrische Leistung aufnehmen wird als das bestehende.
Wäre die Endausbaustufe des Supercomputers bereits jetzt realisiert, befände sich der HPC-Rechner laut aktueller Top500.org-Liste unter den fünf schnellsten Supercomputern in Deutschland. Das ist nicht der einzige Superlativ des 41-Millionen-Euro-Großprojektes: Auch sein Speichersystem gehört mit 45 Petabyte Kapazität zu den weltweit größten. Das DKRZ setzt hier neue Maßstäbe bei der Unterstützung seiner Anwender durch eine für ihre wissenschaftlichen Fragestellungen geeignete Infrastruktur.
„Wir sind stolz, dass sich das renommierte DKRZ für Bull entschieden hat. Bull ist einer der international führenden HPC-Anbieter und unterstützt auch in Deutschland Forschung und Lehre im Bereich High Performance Computing, so zum Beispiel an den Universitäten Dresden, Köln, Aachen, Düsseldorf und Münster sowie am Forschungszentrum Jülich. Der heute unterzeichnete Vertrag mit dem Deutschen Klimarechenzentrum ist ein weiterer Meilenstein in dieser Erfolgsgeschichte“, sagt Gerd-Lothar Leonhart, CEO von Bull in der DACH-Region.
Rechenleistung, aber geringerer Energiebedarf
Trotz dieser technologischen Leistungsdaten ist das Kraftpaket in Sachen Energieeffizienz absolut vorbildlich und erreicht einen PUE-Wert von geringen 1,2. Dieser Wert setzt die insgesamt im Rechenzentrum verbrauchte Leistung ins Verhältnis zur Leistungsaufnahme der Rechner. Dieses Top-Ergebnis begründet sich zum einen durch eine Bull-Spezialität im High Performance Computing: Auch das System für die Hamburger Klimaspezialisten wird mit einer Warmwasserkühlung ausgestattet, die deutlich weniger Strom verbraucht als herkömmliche Kühlsysteme, da sie die Wärme direkt dort abführt, wo sie entsteht: am Prozessor und den Hauptspeichermodulen.
Zum anderen profitiert der Bullx B700 von einem Kooperationsprojekt von Bull mit der TU Dresden namens HDEEM (High Definition Energy Efficiency Monitoring). „Der Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten werden zunehmend zum limitierenden Faktor beim Hochleistungsrechnen. Ziel von HDEEM ist es deshalb, HPC-Algorithmen zu entwickeln, die zwar leistungsstark sind, aber weniger Energie verbrauchen“, erläutert Thomas Weselowski, Director Extreme Computing Germany von Bull.
Maßgeblich mitverantwortlich für den Zuschlag des HPC-Projektes zeichnete das Bull-Benchmark-Team in Grenoble. Teil der Ausschreibungen waren auf Wetter- und Klimaforschung spezialisierte Benchmarks, bei denen Bull seine Kompetenz in der Optimierung von spezialisierten HPC-Systemen und Software-Codes unter Beweis gestellt hat. „Auch diese nachgewiesenen Kompetenzen haben uns letztlich überzeugt, sodass wir sicher sind, mit Bull den richtigen Partner an unserer Seite zu haben“, sagt Prof. Thomas Ludwig, Geschäftsführer und Leiter der Forschungsgruppe beim DKRZ.
„Im Rahmen des heute unterzeichneten Vertrags werden das DKRZ und Bull ebenfalls bei der Skalierungsverbesserung von Klimamodellen und der hierfür erforderlichen Algorithmen kooperieren. Die bei der Klimasimulation entstehenden riesigen Datenmengen sind nur in den Griff zu bekommen, wenn nicht nur die Hardware, sondern auch die Software effizient arbeitet“, so Ludwig weiter.
Als Hardwarelieferanten und Partner bei dem neuen HPC-Star von Bull beteiligen sich Intel („Haswell“- und „Broadwell“-Prozessoren), Xyratex (Speichersystem) und Mellanox (Hochgeschwindigkeitsvernetzung).