Zwölf Petaflogs für alle

Der Neue im Forschungszentrum Jülich ist ein High-Performer. Bis zu zwölf Petaflops, also zwölf Billiarden Rechenoperationen, kann der Computer durchführen. Er ist damit der schnellste Rechner Deutschlands. Der „Jülich Wizard for European Leadership Sciences“ – kurz JUWELS – gehört damit weltweit in die Oberliga der Supercomputer.

Moderne Forschung stützt sich heutzutage auf drei Säulen: Neben Theorie und Experiment hat Simulation an Computern enorm an Bedeutung gewonnen. Superrechner haben sich als unverzichtbares Werkzeug in der Wissenschaft etabliert, etwa für die Entwicklung hochkomplexer Modelle in der Quantenphysik oder den Klima- und Neurowissenschaften. „Aber auch in anderen Bereichen wie Ingenieurswesen, Life Sciences, Astronomie oder Chemie werden Supercomputer immer häufiger genutzt“, betont Dorian Krause, der am Forschungszentrum Jülich den Bereich High-Performance-Computing leitet. „Ihren Einsatzmöglichkeiten sind keine thematischen Grenzen gesetzt.“

Je nachdem, welche Aufgaben Forscher mit solch einem Rechner lösen wollten, seien dabei unterschiedliche Fähigkeiten gefragt. Mal werde große Rechenleistung benötigt, die sich anhand der Petaflops ablesen lasse. Ein andermal komme es hingegen auf große Speicherkapazitäten an. In Jülich habe man Wert darauf gelegt, sich kein One-Trick-Pony zuzulegen, das bloß mit einer Stärke brilliere. JUWELS sei gut skalierbar: Das System könne durch Hinzufügen von Ressourcen in einem klar definierten Bereich proportional gesteigert werden, maßgeschneidert für die jeweilige Aufgabe. Das hochflexible Konzept sei ideal für die interdisziplinäre Spitzenforschung geeignet.

Forscher aller Fachrichtungen können mit dem Rechner arbeiten. Dazu stellen sie einen Antrag, der ihr Projekt vorstellt und aus dem hervorgeht, welche Kapazitäten von JUWELS dafür benötigt werden. Eine unabhängige Kommission vergibt dann Zeitfenster für die Nutzung des Supercomputers. Unter anderem wollen Wissenschaftler im Human-Brain-Project den Rechner nutzen. Das Forschungsprojekt der Europäischen Kommission soll das gesamte Wissen über das menschliche Gehirn zusammenfassen und mittels computerbasierten Modellen und Simulationen nachbilden.

Energieeffizienter als Vorgängersystem

JUWELS besitzt eine neuartige, modulare Architektur, die die Experten des Jülich Supercomputing Centre gemeinsam mit Partnern entwickelt haben und auch künftig weiterentwickeln werden. Die verschiedenen Module des Superrechners sind für spezielle Aufgaben konzipiert worden und lösen diese energieeffizient, „teilweise deutlich effizienter, als es mit konventionellen, einheitlichen Architekturen möglich ist“, so Krause. Anders als das Vorgängersystem verfügt JUWELS über eine Warmwasserkühlung, die ohne zusätzliche Kälteerzeuger direkt an der Außenluft abkühlt und dadurch Energie spart. Die Forscher rechnen mit einem Verbrauch von 1,5 bis 1,6 Megawatt. Das entspricht etwa einem Zehntel des momentan leistungsfähigsten Supercomputers, der in China steht.

In der ersten Hälfte des Jahres 2018 wird zunächst der sogenannte Cluster-Part installiert. Dieser erste Teil des Rechners ist bereits eigenständig voll funktionsfähig. Innerhalb von zwei Jahren kommt ein weiteres Modul hinzu. „Dieses wird mit einer großen Anzahl von relativ langsamen, dafür aber besonders energieeffizienten Rechenkernen auf höchste Rechenleistung getrimmt sein.“, beschreibt Krause. „Das ermöglicht es uns, einfache Programmteile parallel mit größerer Effizienz zu bearbeiten.“ Das System wird im Rahmen des Gauss Centre for Supercomputing, dem die drei Rechenzentren des Forschungszentrums Jülich, der Bayerischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Stuttgart angehören, als nationaler Höchstleistungsrechner betrieben werden.

Bislang haben vor allem die USA, China und Japan in Sachen Supercomputer die Nase vorn. Die EU will nun jedoch aufholen. Zu Beginn des Jahres gab die Europäische Kommission Pläne für „EuroHPC“ bekannt (HPC für High Performance Computing): Bis 2023 soll ein Supercomputer mit der Leistungsfähigkeit von Spitzensystemen der globalen Top-500-Liste „auf der Grundlage von EU-Technologie“ bereitstehen. (ig)