Mainzer Superrechner jongliert mit Petaflops

04.12.2017
Ohne Hochleistungsrechner ist Klimaforschung ebenso undenkbar wie die Erkundung kleinster Atomteilchen. Mit Mogon II an der Mainz Uni bekommt das «High Performance Computing» in Deutschland neuen Schub.
Der Petaflop-Rechner am Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechner (ZIH) der Technischen Universität (TU) Dresden gehört zu den stärksten Superrechnern in Deutschland. Foto: Arno Burgi/dpa
Der Petaflop-Rechner am Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechner (ZIH) der Technischen Universität (TU) Dresden gehört zu den stärksten Superrechnern in Deutschland. Foto: Arno Burgi/dpa

Mainz (dpa) - Der leistungsstärkste Computer einer deutschen Universität hat in Mainz seinen Betrieb aufgenommen. Offiziell eingeweiht wird der Supercomputer Mogon II im März.

Die Anlage, die nach dem antiken Stadtnamen Mogontiacum aus der Römerzeit benannt ist, dient künftig vor allem der Grundlagenforschung in Physik, Biologie, Medizin und Geologie. Physiker des Helmholtz-Instituts Mainz wollen die Anlage für die Simulation von Teilchenkollisionen nutzen. «Auch Wetter und Klima sind ein Thema für Mogon II», sagt der Leiter des Zentrums für Datenverarbeitung (ZDV) an der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, André Brinkmann.

Die Klimaforschung profitiert von der Fähigkeit des Supercomputers, auch sehr hohe Auflösungen zu berechnen. «Je mehr Rechenkapazität wir haben, umso feiner können wir auflösen», erklärt Brinkmann. Klimaforscher und Meteorologen könnten dann viel feinere Eigenschaften modellieren und in ihre Berechnungen einbringen. «Für die Zukunft gibt es daher noch viel Raum für deutlich präzisere Vorhersagen.»

Mogon II, aufgebaut neben seinem Vorgänger aus dem Jahr 2012, kann in einer Sekunde rund 2 Billiarden Einzelberechnungen oder 2 Petaflops ausführen, 1 967 800 000 000 000 Gleitkommaoperationen (floating operations) pro Sekunde, abgekürzt als FLOPS. In der Liste der weltweit 500 schnellsten Rechner liegt Mogon II damit auf Platz 65. In der Spitze sind sogar 2,8 Petaflops drin.

Wenn nicht nur Leistung, sondern auch Stromverbrauch gemessen wird, rangiert der Mainzer Supercomputer in der Weltrangliste der Top-500-Supercomputer auf Platz 51. «Die Fortschritte der Computer-Technologie ermöglichen es, dass der neue Hochleistungsrechner bei nahezu siebenfacher Peak-Leistung gegenüber seinem Vorgängersystem mit einer Leistungsaufnahme von 657 Kilowatt nur 40 Prozent mehr Strom als dieses benötigt», erklärt Brinkmann.

Mogon II «wird das wissenschaftliche Rechnen im Bereich des High Performance Computing in Deutschland und insbesondere in Rheinland-Pfalz maßgeblich beeinflussen und nachhaltig befördern», erklärt Wolfgang Nagel vom Vorstand der Gauß-Allianz. Der Zusammenschluss kümmert sich um die Zusammenarbeit der Hochleistungsrechner (HPC) in Deutschland.

Die Verfügbarkeit leistungsstarker HPC-Systeme trage dazu bei, «Deutschlands Expertise im Bereich der Algorithmen, Simulations-Software und Software-Werkzeuge zu sichern und weiter auszubauen», erwartet Nagel, der an der Technischen Universität Dresden das Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen leitet. Im Kreis der Bundesländer mit HPC-Präsenz gewinne Rheinland-Pfalz nun verstärkt an Bedeutung.

Der Mainzer Hochleistungsrechner ist nicht der einzige im Bundesland. Neben einer HPC-Anlage der BASF in Ludwigshafen ist an der Technischen Universität Kaiserslautern der Supercomputer Elwetritschim Einsatz, benannt nach einem Pfälzer Fabelwesen. Dieser Rechner bringt es nach Angaben einer Sprecherin auf eine Leistung von 230 Teraflops, also 0,230 Petaflops. Anfang kommenden Jahres wird der neue Hochleistungsrechner Elwetritsch II in Betrieb genommen, der die doppelte Rechenleistung bieten wird.

Beide Uni-Anlagen sind über eine 120-Gigabit-Glasfaserleistung miteinander verbunden, in der Allianz für Hochleistungsrechnen Rheinland-Pfalz (AHRP). «Wir versuchen, unsere Systeme ähnlich zu betreiben und von den anderen zu lernen, um Probleme schneller beheben zu können», erklärt Brinkmann. Außerdem kann im Verbund die Rechenlast ausbalanciert werden: Wenn Wissenschaftler in Kaiserslautern mehr Rechenleistung benötigen, als Elwetritsch zur Verfügung stellt, kann Mogon aushelfen.

Die mit Hilfe der Supercomputer erzielten Ergebnisse führen in der Regel nicht zu kurzfristigen Produkten, sondern dienen der Grundlagenforschung. «Das ist ohne öffentliche Förderung nicht machbar», erklärt Brinkmann. Die Johannes-Gutenberg-Universität und das Helmholz-Institut Mainz haben seit 2016 insgesamt 10,6 Millionen Euro in den neuen Mainzer Hochleistungsrechner investiert.

«Hochleistungsrechner sind heutzutage eine unverzichtbare Schlüsseltechnologie in nahezu allen Disziplinen», betont der rheinland-pfälzische Wissenschaftsminister Konrad Wolf (SPD). Im Verbund von Mainz und Kaiserslautern werde allen Wissenschaftlern in Rheinland-Pfalz Zugang zu Rechenleistungen der internationalen Spitzenklasse ermöglicht.

Was heute noch Topstandard der Hardware-Technik ist, kann in wenigen Monaten schon überholt sein. Die Dynamik bei Hochleistungsrechnern ist so groß, dass die jetzt in der Top-500-Liste genannten Computer bald nach unten durchgereicht werden. Aber die Liste wird nur zweimal im Jahr aktualisiert. Wenn im März die Einweihung von Mogon II ansteht, kann der Computer noch stolz seinen Platz 65 präsentieren.

Die kaum vorstellbare Leistung des Mainzer Supercomputers Mogon II mit 2 Billiarden Einzelberechnungen in der Sekunde macht ein Verbund aus 1876 einzelnen Rechenknoten möglich. Jeder von diesen ist mit zwei Prozessoren bestückt, die teils 10, teils 16 Kerne bündeln. Insgesamt hat Mogon II mehr als 49 000 Prozessorkerne. Zwischen den Rechenknoten werden die Daten in einem Netzwerk mit 50 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) übertragen.

Die Knoten von Mogon II laufen unter dem freien Betriebssystem Linux. Sie sind so zusammengeschaltet, dass die Latenzen, also die Reaktionszeit bei der Weitergabe der Bits und Bytes extrem klein sind. Das Speichersystem fasst 7,5 Petabyte, um alle Daten der vielen gleichzeitig laufenden Projekte und Rechenaufträge stemmen zu können.

Mogon II

Elwetritsch

Die stärksten Superrechner in Deutschland

Zweimal im Jahr wird die Liste der 500 leistungsstärksten Computer ermittelt. Unter den 100 Erstplatzierten sind auch neun Rechner in Deutschland.

1. Sunway Taihu Light in Wuxi, China - 93 Petaflops

19. Hazel Hen, HLRS-Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart - 5,6 Petaflops

22. Juqueen, Forschungszentrum Jülich - 5,0 Petaflops

29. Jureca, Forschungszentrum Jülich, 3,8 Petaflops

42. Mistral, Deutsches Klimarechenzentrum in Hamburg - 3,0 Petaflops

44. SuperMUC, Leibniz-Rechenzentrum in Garching bei München - 2,9 Petaflops

45. SuperMUC Phase 2, Leibniz-Rechenzentrum in Garching bei München - 2,8 Petaflops

65. Mogon II, Universität Mainz - 2,0 Petaflops

71. Quriosity, BASF Ludwigshafen - 1,8 Petaflops

100. iData Plex, Max-Planck-Gesellschaft in Garching bei München - 1,3 Petaflops


Verfasser: dpa-infocom GmbH

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