CeBIT 2016: Supercomputer mit GreenICE

Das Forschungszentrum Jülich stellt DEEP vor

| Redakteur: Ulrike Ostler

Das GreenICE-Kühlsystem: Die elektronischen Baugruppen befinden sich in einer speziellen Flüssigkeit, die schon bei moderaten Temperaturen verdampft. Der Phasenübergang von flüssig zu gasförmig maximiert den Kühleffekt.
Das GreenICE-Kühlsystem: Die elektronischen Baugruppen befinden sich in einer speziellen Flüssigkeit, die schon bei moderaten Temperaturen verdampft. Der Phasenübergang von flüssig zu gasförmig maximiert den Kühleffekt. (Bild: Forschungszentrum Jülich)

Das Forschungszentrum Jülich stellt auf der CeBIT eine neue Rechner-Architektur für die nächste Generation von Supercomputern vor. Die Rechnerarchitektur, die im EU-Forschungsprojekt DEEP (Dynamical Exascale Entry Platform) entwickelt wurde, setzt auf das sogenannte Cluster-Booster-Konzept.

Ein Prototyp mit dem DEEP-System läuft bereits am Jülich Supercomputing Centre (JSC). In Hannover zeigen die Forscher auf dem Stand des Landes Nordrhein-Westfalen, Halle 6 C30, eine kleinere Fassung des Booster mit einem sehr effizienten Kühlsystem, den „GreenICE Booster“. Der Booster ist eine Spezialentwicklung innerhalb des DEEP-Projekts.

Das Cluster-Booster-Konzept funktioniert so ähnlich wie ein Turbolader in einem Verbrennungsmotor. Die Idee: Der Booster beschleunigt den Cluster-Teil. Dabei führt ein Cluster von leistungsfähigen Mehrkern-Prozessoren die komplexen Bestandteile eines Programms aus. Einfache Programmteile übernehmen Booster-Module - in diesem Fall:„Intel Xeon Phi“-Prozessoren -, die aus einer großen Anzahl von einfachen Rechenkernen bestehen. Solche Kerne berechnen derartige Aufgaben deutlich Energie-effizienter.

DEEP Project Manager Estela Suarez
DEEP Project Manager Estela Suarez (Bild: Forschungszentrum Jülich)

Der Superrechner mit Turbolader

Neu an dem Konzept ist, dass die Booster-Module komplett ausgelagert sind: Dies erhöht die Flexibilität und Leistungsfähigkeit des Systems enorm. „Das Cluster-Booster-Prinzip wird die Entwicklung künftiger Supercomputer maßgeblich beeinflussen“, so Prof. Thomas Lippert, Institutsleiter des JSC, "es wurde speziell auf die Anforderungen von Exascale-Rechnern hin entwickelt, die bis zu tausendmal leistungsfähiger sein werden als die derzeit schnellsten Rechner der Welt.“

GreenICE

Eine der großen Herausforderungen bei Supercomputern der Zukunft ist der Energieverbrauch. Für die Kühlung der einzelnen Rechnerkomponenten können die Kosten bis ins Unbezahlbare ansteigen. DEEP hat zwei Kühlungssysteme getestet: direkt Wasser-Kühlung auf den großen Booster System, und die Tauch-Siede-Kühlung des GreenICE-Prototyp Systems.

Letztere wird auf der CeBIT als Exponat gezeigt. Dabei befinden sich die elektronischen Baugruppen, etwa die Netzwerkarten der Firma Extoll GmbH in der Flüssigkeit „Novec“, die schon bei moderaten Temperaturen verdampft: Der Phasenübergang von flüssig zu gasförmig maximiert den Kühleffekt. Dadurch wird keine Abwärme mehr an den Raum gegeben: Der Energiebedarf der Kühlung sinkt auf einen Anteil von etwa einem Prozent am Gesamtsystemverbrauch.

Das kompakte Design des Booster
Das kompakte Design des Booster (Bild: Extoll GmbH)

Das Booster Board besteht aus einer passiven PCI Express Backplane, die paarweise jeweils 8 Xeon Phi 71220D-Karten und acht Extoll Tourmalet NICs aufnimmt. Die Booster-Knoten können unabhängig von Rest des Systems skalieren.

Die NIC aus Mannheim: Extoll Tourmalet
Die NIC aus Mannheim: Extoll Tourmalet (Bild: Extoll)

Das System-Management basiert auf einem „Raspberry PI”-System und funktioniert per I2C-Verbindungen zur Backplane und zur Energieversorgung. Die Extoll-Links werden mithilfe von Kupferkabeln realisiert, die NICs nutzen den HD16-Standard.

Das DEEP-Projekt wurde mit 8,4 Millionen Euro von der EU gefördert. Unter der Koordination des Jülicher Supercomputing Center entwickelten 16 europäische Forschungseinrichtungen und Unternehmen von 2011 bis 2015 das DEEP-System gemeinsam.

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