HPE-Supercomputer „Frontier“ erzielt 1,1 Exaflops: Exascale-Durchbruch
Posted by Julia Werner •
CC2-Audio 396: Superchips für Supercomputer
25.11.2013 13:03
Die von NVIDIA vorgestellte Tesla-K40-GPU soll nach Herstellerangaben der bisher schnellste Beschleuniger sein, der jemals gebaut wurde. Gedacht nicht zur Ausstattung von Grafikkarten sondern für eine Vielzahl wissenschaftlicher, ingenieurswissenschaftlicher, High-Performance-Computing-(HPC)- und Enterprise-Anwendungen.
Der neue Chip bietet im Vergleich zum Vorgänger Tesla K20X die doppelte Speichermenge und eine bis zu 40 Prozent höhere Leistung. Mit der NVIDIA-GPU-Boost-Technologie der K40 können Anwender die Leistung nochmals erhöhen, wovon viele Applikationen profitieren.
Basierend auf der NVIDIA-Kepler-Architektur übertrifft die K40 andere Beschleuniger bei den zwei gängigen Maßeinheiten in der Rechenleistung: Maximal 4,29 Teraflops Gleitkommaleistung einfacher Genauigkeit und 1,43 Teraflops doppelter Genauigkeit.
So plant das Texas Advanced Computing Center (TACC) der University of Texas in Austin die Entwicklung von „Maverick“, einem neuen, interaktiven Remote-Visualisierungs- und Datenanalysesystem, das mit NVIDIA-Tesla-K40-GPUs betrieben wird. Maverick ist voraussichtlich bereits im Januar 2014 voll einsatzfähig.
Aber auch in Europa setzt man auf GPUs bei neuen Supercomputern. Der europäische Supercomputer „Piz Daint“ schafft es mit 6,2 Petaflops Rechenleistung auf Platz sechs der aktuellen Top500-Liste der Supercomputer weltweit. Darüber hinaus stellt Piz Daint das erste Petascale-System dar, das die die 3 Gigaflops-pro-Watt-Grenze durchbricht (3,11 Gigaflops/Watt). Dies bedeutet eine um 50 Prozent höhere Energieeffizienz als der nächstplatzierte Rechner der energieeffizientesten Petaflops-pro-Watt-Systeme.
Auf der anderen arbeiten NVIDIA und IBM an GPU-beschleunigten Versionen von IBMs Software-Applikationen auf IBM-POWER-Systemen für das Enterprise-Segment. Damit kommt Supercomputing-Technologie auf GPU-Basis erstmals im innersten Bereich von Enterprise-Rechenzentren zum Einsatz. IBM-Kunden können große Streaming-Datenmengen schneller verarbeiten, sichern und analysieren.
Die Firmen planen, die gemeinsamen Processing-Möglichkeiten der GPUs und der POWER-Prozessoren zu verknüpfen. Dadurch wird es für viele Unternehmen leichter und effizienter, Supercomputing-Hardware zu verwenden, die vorzugsweise von wissenschaftlichen und technischen Communities genutzt wird, um den Weltraum zu erkunden, menschliche Gene zu entschlüsseln oder Produkte schneller auf den Markt zu bringen.
Das Projekt POLCA, das steht für „Programming Large Scale Heterogeneous Infrastructures“, hat zum Ziel, die Nutzbarkeit und Energieeffizienz moderner Rechensysteme durch optimierte Programmierung deutlich zu verbessern.
Parallelisierung und Spezialisierung sind ein Problem für das Hochleistungsrechnen, also den Einsatz von Supercomputern. Die Entwickler dieser Rechensysteme haben hier vor allem mit der Kombination vielfältiger hochspezialisierter Recheneinheiten zu kämpfen, die notwendig ist, um immer spezielleren Anforderungen gerecht werden zu können. Moderne Supercomputer sind nicht mehr so homogen. Das macht eine effiziente Programmierung umständlich und aufwändig. Weltweit gibt es nur eine Handvoll Experten, die das überhaupt noch können. In dem Projekt wollen die Wissenschaftler nun Methoden und Frameworks entwickeln um auch Supercomputer schnell und effizient programmieren zu können.
Exascale-Durchbruch: HPE-Supercomputer „Frontier“ erzielt 1,1 Exaflops
Der Supercomputer, den HPE für das Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums gebaut hat, ist die neue Nummer 1 der aktuellen Top500-Liste der weltweit leistungsstärksten Supercomputer: Er ist leistungsstärker als die nächsten sieben Supercomputer der Top500-Liste vom Mai zusammen.
Mit „Frontier“ meint der Amerikaner eine Grenzregion mit Aszendent „zu erobernde Grenzregion“. Der klassische Fall ist der sogenannte „Wilde Westen“, aber seit John F. Kennedy wissen wir, dass es da draußen im Weltall auch eine „New Frontier“ gibt. In der IT wiederum herrscht an zu erobernden Grenzregionen eh kein Mangel. Aktuelles Beispiel: HPEs neues „Frontier“-System durchbricht als erster Supercomputer weltweit die Exascale-Schallmauer. Laut HPE-Angaben erreicht es 1,102 Exaflops beim HPL-Benchmark (High-Performance Linpack).
Mit einer theoretischen Spitzenleistung von 2 Exaflops soll Frontier künftig sogar noch höhere Geschwindigkeit erreichen. Das System liegt zugleich als energieeffizientester Supercomputer der Welt auf Platz 1 der Green500-Liste: Mit 52,23 Gigaflops pro Watt ist er 32 Prozent energieeffizienter als sein Vorgänger. Mit einer Leistung von 6,88 Exaflops belegt Frontier zudem den ersten Platz in der Kategorie „Mixed-Precision Computing“, die die Leistung in Formaten bewertet, die üblicherweise für KI zum Einsatz kommen.
Frontier wird nach HPE-Angaben Berechnungen bis zu zehnmal schneller lösen als heutige Spitzenrechner und Probleme bewältigen, die acht Mal komplexer sind. Der Supercomputer wird damit laut HPE-Bekunden erhebliche Auswirkungen auf diverse kritische Bereiche haben, darunter die Krankheitsdiagnose und -prognose, etwa die Krebsforschung, zudem die Arzneimittelforschung, erneuerbare Energien und sowie die Entwicklung neuer Materialien. „Das heutige Debüt des Exascale-Supercomputers Frontier stellt einen Durchbruch bei Geschwindigkeit und Leistung dar und gibt uns die Möglichkeit, Fragen zu beantworten, von denen wir nie wussten, dass wir sie stellen würden“, so Justin Hotard, Executive Vice President und General Manager HPC & AI bei HPE.
Frontier ermögliche nicht nur die Modellierung und Simulation komplexer wissenschaftlicher Forschungsarbeiten in den Bereichen Biologie, Physik und Chemie mit höherer Auflösung, so HPE, sondern werde auch dramatische Durchbrüche in der KI ermöglichen: Das System erlaube es, KI-Modelle zu entwickeln, die 4,5-mal schneller und achtmal größer sind. So könne ein Forschungsteam mehr Daten trainieren, um die Vorhersagbarkeit zu erhöhen und schneller zu Ergebnissen zu gelangen.
„Wissenschaftler und Ingenieure aus der ganzen Welt werden diese außergewöhnlichen Rechengeschwindigkeiten nutzen, um einige der schwierigsten Fragen unserer Zeit zu lösen“, , sagte Jeff Nichols, Associate Lab Director Computing and Computational Sciences beim Oak Ridge National Laboratory, „und viele von ihnen werden vom ersten Tag an mit ihrer Forschung beginnen.“
Schwergewicht aus 74 Cray-EX-Cabinets
Frontier ist in jeder Hinsicht ein Schwergewicht: Das System basiert laut HPE auf 74 Cray-EX-Schränken mit einem Gewicht von jeweils über 3,6 Tonnen. Jeder Knoten enthält einen optimierten AMD-EPYC-Prozessor der dritten Generation und vier AMD-Instinct-MI250x-Beschleuniger. Damit umfasst das Gesamtsystem 9.408 CPUs und 37.632 GPUs.
Auf Netzwerkseite bilden dabei laut HPE-Angaben rund 145 Kilometer Slingshot-Interconnect-Kabel das weltweit einzige Hochleistungs-Ethernet-Fabric, das für heutige HPC- und KI-Workloads entwickelt wurde. Das „Cray Clusterstor E1000“-Speichersystem sorge für eine Speicherkapazität von 700 Petabyte, Spitzenschreibgeschwindigkeiten von mehr als 35 Terabyte pro Sekunde und mehr als 15 Milliarden Random-Read-I/O-Operationen pro Sekunde.
Rund 145 Kilometer Slingshot-Interconnect-Kabel bilden ein Hochleistungs-Ethernet-Fabric.
Für hohe Energieeffizienz nutzt das System eine Flüssigkeitskühlung. Zusätzliche Cooling Distribution Units (CDUs) führen laut HPE die Wärme von Prozessoren, GPUs und Switches ab.
Neben Frontier liefert HPE auch Exascale-Supercomputer an das Argonne National Laboratory und das Lawrence Livermore National Laboratory des US-amerikanischen Energieministeriums.
Zeitgleich verkündete HPE eine strategische HPC-Entwicklungspartnerschaft mit SiPearl, einem Unternehmen, das einen stromsparenden ARM-basierten Mikroprozessor für europäische Exascale-Supercomputer entwickelt. Die Partnerschaft zielt darauf ab, die Möglichkeiten des heterogenen Rechnens für Supercomputer zu erweitern und die Einführung von Exascale-Systemen in Europa zu beschleunigen.
Zuerst erschienen auf lanline.de.
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HPE-Supercomputer „Frontier“ erzielt 1,1 Exaflops: Exascale-Durchbruch
Mit „Frontier“ meint der Amerikaner eine Grenzregion mit Aszendent „zu erobernde Grenzregion“. Der klassische Fall ist der sogenannte „Wilde Westen“, aber seit John F. Kennedy wissen wir, dass es da draußen im Weltall auch eine „New Frontier“ gibt. In der IT wiederum herrscht an zu erobernden Grenzregionen eh kein Mangel. Aktuelles Beispiel: HPEs neues „Frontier“-System durchbricht als erster Supercomputer weltweit die Exascale-Schallmauer. Laut HPE-Angaben erreicht es 1,102 Exaflops beim HPL-Benchmark (High-Performance Linpack). Der Supercomputer, den HPE für das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums gebaut hat, ist somit die neue Nummer 1 der aktuellen Top500-Liste der weltweit leistungsstärksten Supercomputer: Er ist leistungsstärker als die nächsten sieben Supercomputer der Top500-Liste vom Mai zusammen.
Mit einer theoretischen Spitzenleistung von 2 Exaflops soll Frontier künftig sogar noch höhere Geschwindigkeit erreichen. Das System liegt zugleich als energieeffizientester Supercomputer der Welt auf Platz 1 der Green500-Liste: Mit 52,23 Gigaflops pro Watt ist er 32 Prozent energieeffizienter als sein Vorgänger. Mit einer Leistung von 6,88 Exaflops belegt Frontier zudem den ersten Platz in der Kategorie „Mixed-Precision Computing“, die die Leistung in Formaten bewertet, die üblicherweise für KI zum Einsatz kommen.
Frontier wird nach HPE-Angaben Berechnungen bis zu zehnmal schneller lösen als heutige Spitzenrechner und Probleme bewältigen, die acht Mal komplexer sind. Der Supercomputer wird damit laut HPE-Bekunden erhebliche Auswirkungen auf diverse kritische Bereiche haben, darunter die Krankheitsdiagnose und -prognose, etwa die Krebsforschung, zudem die Arzneimittelforschung, erneuerbare Energien und sowie die Entwicklung neuer Materialien. „Das heutige Debüt des Exascale-Supercomputers Frontier stellt einen Durchbruch bei Geschwindigkeit und Leistung dar und gibt uns die Möglichkeit, Fragen zu beantworten, von denen wir nie wussten, dass wir sie stellen würden“, so Justin Hotard, Executive Vice President und General Manager HPC & AI bei HPE.
Frontier ermögliche nicht nur die Modellierung und Simulation komplexer wissenschaftlicher Forschungsarbeiten in den Bereichen Biologie, Physik und Chemie mit höherer Auflösung, so HPE, sondern werde auch dramatische Durchbrüche in der KI ermöglichen: Das System erlaube es, KI-Modelle zu entwickeln, die 4,5-mal schneller und achtmal größer sind. So könne ein Forschungsteam mehr Daten trainieren, um die Vorhersagbarkeit zu erhöhen und schneller zu Ergebnissen zu gelangen.
„Wissenschaftler und Ingenieure aus der ganzen Welt werden diese außergewöhnlichen Rechengeschwindigkeiten nutzen, um einige der schwierigsten Fragen unserer Zeit zu lösen“, , sagte Jeff Nichols, Associate Lab Director Computing and Computational Sciences beim Oak Ridge National Laboratory, „und viele von ihnen werden vom ersten Tag an mit ihrer Forschung beginnen.“
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