18.06.2012, 00:00 Uhr
IBM: Warmwassergekühlter SuperMUC ist Europas schnellster Supercomputer
In der aktuellen Top500-Liste, die im Rahmen der International Supercomputing Conference (ISC) in Hamburg veröffentlicht wurde, ist SuperMUC der neue leistungsfähigste Supercomputer Europas und der viertschnellste weltweit. Der schnellste Supercomputer ist Sequoia, ein IBM Blue Gene/Q-System des Lawrence Livermore National Lab, USA. SuperMUC wurde von IBM für das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften entwickelt. Das System erreicht eine Spitzenleistung von 3 PetaFLOPS. Dies entspricht 3 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde (10E15). Trotzdem verbraucht es rund 40% weniger Strom als ein vergleichbares luftgekühltes System. Möglich wird dies durch eine innovative Warmwasserkühlung. Der Grundstein für diese Entwicklung wurde von Forschern bei IBM Research ? Zürich gelegt, unterstützt durch das deutsche IBM Entwicklungszentrum in Böblingen.
SuperMUC ist ein IBM System x iDataPlex Direct Water Cooled dx360 M4 Cluster. Er verfügt über insgesamt etwa 150000 Rechenkerne, die eine Spitzenrechenleistung von drei PetaFLOPS erbringen. Dies entspricht der Leistung von mehr als 110000 PCs. Eine Besonderheit des Systems ist seine Kühlung: Erstmals kommt bei SuperMUC in einem kommerziellen System eine innovative Wasserkühlung zum Einsatz, die den Gesamtenergieverbrauch des Rechners um 40% reduziert und ermöglicht, dass die entstehende Abwärme direkt für die Gebäudeheizung genutzt werden kann. Heute entfällt bis zu 50% des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen eines durchschnittlichen luftgekühlten Rechenzentrums auf den Betrieb der notwendigen Kühlsysteme, die die Server vor Überhitzung schützen. Um diesen Verbrauch nachhaltig zu reduzieren, haben IBM Forscher in Zürich neuartige Wasserkühlsysteme für Computer erforscht. Wasser leitet Wärme rund 4000-mal besser als Luft.
Die Kühlkonzepte der IBM Forscher sind vom energetisch hocheffizienten menschlichen Blutkreislauf inspiriert: Ein ausgeklügeltes Kühlnetzwerk mit leistungsfähigen Mikrokanalkühlern führt die Wärme direkt dort ab, wo sie entsteht: am Chip. So kann der neue Computer mit über 40°C warmem Wasser gekühlt werden und liefert gleichzeitig wertvolle Abwärme, die direkt für die Gebäudeheizung genutzt werden kann. Das wirkt sich auch auf die Betriebskosten aus: SuperMUC wird zu Einsparungen von rund 1 Million Euro pro Jahr führen. Das Potenzial der innovativen Wasserkühltechnologien für die Forschung ist mit SuperMUC allerdings bei weitem noch nicht erschöpft. Dr. Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging bei IBM Research ? Zürich und einer der Erfinder des SuperMUC-Kühlkonzepts, erklärt: ?Unser Plan ist es, mittelfristig die Kühlstrukturen direkt auf die Rückseite der Prozessoren zu integrieren, um aufeinandergestapelte 3D-Chips zu kühlen. Damit können wir den Weg für massive Verkleinerungen und Leistungssteigerungen bahnen: Der SuperMUC von heute könnte so langfristig auf die Grösse eines PCs schrumpfen.?
Die SuperMUC-Architektur
SuperMUC verfügt über mehr als 330 Terabyte Hauptspeicher für die zu verarbeitenden Daten, die über ein nicht-blockierendes InfiniBand-Netzwerk mit Fat Tree-Topologie kommuniziert werden können. Darüber hinaus können bis zu 10 Petabyte Daten in einem parallelen GPFS-Dateisystem von IBM zwischengespeichert werden. Für die dauerhafte Speicherung der Benutzerdaten wie Programmquellen, Eingabedatensätze usw. steht ein Network Attached Storage (NAS) System von NetApp mit einer Kapazität von 4 Petabyte zur Verfügung, das sich durch hohe Zuverlässigkeit auszeichnet. Zusätzlich stehen für die langfristige Archivierung von Daten des SuperMUC 16,5 Petabyte Speicherkapazität auf Bandsystemen zur Verfügung.
Ein Höchstleistungssystem für die Wissenschaft
SuperMUC ist ein Beitrag des Gauss Centre for Supercomputing, des Zusammenschlusses der drei grössten deutschen Wissenschafts-Rechenzentren JSC Jülich, HLRS Suttgart und LRZ Garching bei München und gehört zur europäischen High Performance Computing-Infrastruktur PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe). Der Supercomputer wurde gemeinsam vom Bund und dem Land Bayern finanziert. SuperMUC zeichnet sich dadurch aus, dass er besonders vielseitig einsetzbar ist. Wie bisher kommen viele Projekte aus der Physik und Strömungsmechanik. Aber in den letzten Jahren konnten gerade am LRZ immer mehr Wissenschaftsdisziplinen durch Simulationen am Höchstleistungsrechner grosse Fortschritte bei der Beantwortung schwieriger Fragen erreichen. So haben Geophysiker der Ludwig-Maximilians-Universität München bereits ihr Modell der Bewegungen im Erdinneren für den SuperMUC angepasst. Ihr Modell ist inzwischen der internationale Standard für die Simulationen anderer Forschergruppen. Andere Wissenschaftler untersuchen detailliert den Fluss des Blutes in gesunden und erkrankten Blutgefässen oder der Luft in der Lunge. SuperMUC ist ausserdem mit einem leistungsstarken Visualisierungszentrum einschliesslich einer 4K stereoskopischen Powerwall und einem Raum zur Darstellung virtueller Realitäten oder CAVE zur Visualisierung von 3D-Daten verbunden. SuperMUC wird im Juli offiziell im Rahmen der 50-Jahr-Jubiläumsfeier des LRZ eingeweiht. (ph) http://www.ibm.ch www.top500.org www.lrz.de
Siehe auch: Christian Keller wird Nachfolger von Isabelle Welton als General Manager IBM Schweiz, Facebook kauft IBM-Patente für den Patentkrieg, Hochschule Luzern ? Technik & Architektur und IBM Schweiz gründen Verein für verstärkte Zusammenarbeit
SuperMUC ist ein IBM System x iDataPlex Direct Water Cooled dx360 M4 Cluster. Er verfügt über insgesamt etwa 150000 Rechenkerne, die eine Spitzenrechenleistung von drei PetaFLOPS erbringen. Dies entspricht der Leistung von mehr als 110000 PCs. Eine Besonderheit des Systems ist seine Kühlung: Erstmals kommt bei SuperMUC in einem kommerziellen System eine innovative Wasserkühlung zum Einsatz, die den Gesamtenergieverbrauch des Rechners um 40% reduziert und ermöglicht, dass die entstehende Abwärme direkt für die Gebäudeheizung genutzt werden kann. Heute entfällt bis zu 50% des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen eines durchschnittlichen luftgekühlten Rechenzentrums auf den Betrieb der notwendigen Kühlsysteme, die die Server vor Überhitzung schützen. Um diesen Verbrauch nachhaltig zu reduzieren, haben IBM Forscher in Zürich neuartige Wasserkühlsysteme für Computer erforscht. Wasser leitet Wärme rund 4000-mal besser als Luft.
Die Kühlkonzepte der IBM Forscher sind vom energetisch hocheffizienten menschlichen Blutkreislauf inspiriert: Ein ausgeklügeltes Kühlnetzwerk mit leistungsfähigen Mikrokanalkühlern führt die Wärme direkt dort ab, wo sie entsteht: am Chip. So kann der neue Computer mit über 40°C warmem Wasser gekühlt werden und liefert gleichzeitig wertvolle Abwärme, die direkt für die Gebäudeheizung genutzt werden kann. Das wirkt sich auch auf die Betriebskosten aus: SuperMUC wird zu Einsparungen von rund 1 Million Euro pro Jahr führen. Das Potenzial der innovativen Wasserkühltechnologien für die Forschung ist mit SuperMUC allerdings bei weitem noch nicht erschöpft. Dr. Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging bei IBM Research ? Zürich und einer der Erfinder des SuperMUC-Kühlkonzepts, erklärt: ?Unser Plan ist es, mittelfristig die Kühlstrukturen direkt auf die Rückseite der Prozessoren zu integrieren, um aufeinandergestapelte 3D-Chips zu kühlen. Damit können wir den Weg für massive Verkleinerungen und Leistungssteigerungen bahnen: Der SuperMUC von heute könnte so langfristig auf die Grösse eines PCs schrumpfen.?
Die SuperMUC-Architektur
SuperMUC verfügt über mehr als 330 Terabyte Hauptspeicher für die zu verarbeitenden Daten, die über ein nicht-blockierendes InfiniBand-Netzwerk mit Fat Tree-Topologie kommuniziert werden können. Darüber hinaus können bis zu 10 Petabyte Daten in einem parallelen GPFS-Dateisystem von IBM zwischengespeichert werden. Für die dauerhafte Speicherung der Benutzerdaten wie Programmquellen, Eingabedatensätze usw. steht ein Network Attached Storage (NAS) System von NetApp mit einer Kapazität von 4 Petabyte zur Verfügung, das sich durch hohe Zuverlässigkeit auszeichnet. Zusätzlich stehen für die langfristige Archivierung von Daten des SuperMUC 16,5 Petabyte Speicherkapazität auf Bandsystemen zur Verfügung.
Ein Höchstleistungssystem für die Wissenschaft
SuperMUC ist ein Beitrag des Gauss Centre for Supercomputing, des Zusammenschlusses der drei grössten deutschen Wissenschafts-Rechenzentren JSC Jülich, HLRS Suttgart und LRZ Garching bei München und gehört zur europäischen High Performance Computing-Infrastruktur PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe). Der Supercomputer wurde gemeinsam vom Bund und dem Land Bayern finanziert. SuperMUC zeichnet sich dadurch aus, dass er besonders vielseitig einsetzbar ist. Wie bisher kommen viele Projekte aus der Physik und Strömungsmechanik. Aber in den letzten Jahren konnten gerade am LRZ immer mehr Wissenschaftsdisziplinen durch Simulationen am Höchstleistungsrechner grosse Fortschritte bei der Beantwortung schwieriger Fragen erreichen. So haben Geophysiker der Ludwig-Maximilians-Universität München bereits ihr Modell der Bewegungen im Erdinneren für den SuperMUC angepasst. Ihr Modell ist inzwischen der internationale Standard für die Simulationen anderer Forschergruppen. Andere Wissenschaftler untersuchen detailliert den Fluss des Blutes in gesunden und erkrankten Blutgefässen oder der Luft in der Lunge. SuperMUC ist ausserdem mit einem leistungsstarken Visualisierungszentrum einschliesslich einer 4K stereoskopischen Powerwall und einem Raum zur Darstellung virtueller Realitäten oder CAVE zur Visualisierung von 3D-Daten verbunden. SuperMUC wird im Juli offiziell im Rahmen der 50-Jahr-Jubiläumsfeier des LRZ eingeweiht. (ph) http://www.ibm.ch www.top500.org www.lrz.de
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