Uni Zürich baut Weltklasse-Superrechner

Der Universitätsrat der Universität Zürich (UZH) hat der MNF und den Informatikdiensten der UZH grünes Licht für die Realisierung eines neuen Supercomputers erteilt. Der neue High Performance Computing Cluster (HPC) der Firma Sun Microsystems wird in der zweiten Jahreshälfte 2009 operativ sein. Er soll weltweit einer der leistungsstärksten Rechner sein, der von einer Universität alleine betrieben wird. Von sämtlichen Supercomputern der Welt würde die neue Lösung heute laut UZH etwa auf Rang 50 stehen und gleichzeitig einer der grössten Hochleistungsrechner der Schweiz sein.

Der neue HPC Cluster wird 3,4 Millionen Franken kosten. Gebaut wird er von Sun Microsystems mit Finanzmitteln der MNF-Institute und der Informatikdienste. Darüber hinaus steuern zwei private Stiftungen 1,25 Millionen Franken zur Realisierung bei. Der Hochleistungsrechner soll gemäss UZH in der Lage sein, in einem einzigen Tag Berechnungen durchzuführen, für die ein einzelner PC zehn Jahre benötigen würde. Andere wissenschaftliche Berechnungen werden durch den neuen Supercomputer überhaupt erst möglich.

Eingesetzt werden neueste Techniken wie Intels nächste Prozessorgeneration Intel Xeon (Codename ,,Nehalem"), welche die Sun-Blade-Servermodule antreibt, und ein Quad-Data-Rate-Infiniband-Hochleistungsnetzwerk von Sun. Als Bootmedium steht ein SSD DIMM zur Verfügung. Der Supercomputer wird zudem unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz im Rahmen der Green-IT-Bestrebungen der UZH betrieben und im Rechenzentrum der Informatikdienste auf dem Campus Irchel stehen.

Um die 50 Billionen Flops (Fliesskomma-Operation pro Sekunde) zu erreichen werden total acht Standard-Computerracks benötigt. In sechs der Racks sind die sogenannten Compute-Nodes untergebracht, die Speicher-Komponenten füllen ein siebtes Rack und die Switches und Service Nodes brauchen ein weiteres. Stellt man alle Racks nebeneinander benötigen sie laut UZH lediglich eine Fläche von 4,8 x 1,5 Meter. Die Computerracks würden auf Grund dieser kompakten Bauweise sehr viel Wärme produzieren. Das erfordere ein ausgeklügeltes Kühlkonzept, welches unter anderem durch passive Kühltüren gelöst werde. Passiv heisst laut UZH in diesem Fall, dass in den Türen keine Ventilatoren vorhanden sein werden.

Die Blade-Rechner sind untereinander mit zwei verschiedenen Netzwerken verbunden. Ein traditionelles GBit-Ethernet-Netzwerk wird für langsame Kommunikation wie beispielsweise. für den Installationspfad für das Betriebssystem oder für das Servermanagement verwendet. Das zweite Netzwerk ist für hohen Datendurchsatz mit geringen Verzögerungsraten konzipiert, erklärt die UZH. Dazu wird ein QDR-Infiniband-Netzwerk (Quad Data Rate) eingesetzt, dessen theoretische Bandbreite der Universität zufolge bei 40 GBit/s liegt. Diese Bauweise sei einmalig in der Industrie und erlaube es, mit einem klaren Verkabelungsschema sehr kompakte Infiniband-Netzwerke aufzubauen, die nur ein Drittel der normalerweise verwendeten Kabel benötigen.

Die von den Compute Nodes errechneten Daten werden in einem Lustre-parallelen Filesystem gespeichert. Dieses erlaubt der UZH zufolge die Daten von jedem Node aus gleichzeitig abzuspeichern. Die maximal erreichbare Bandbreite betrage etwa 7,2 GBit/s. Die Storage Nodes sind laut UZH alle direkt am Infiniband angeschlossen, um die benötigte Bandbreite mit geringer Verzögerung zur Verfügung zu haben. Der Speicher ist aus acht Komponenten aufgebaut, wobei jeder eine maximale Kapazität von 20 TByte, total also 160 TByte, zur Verfügung stellt.

Der neue Supercomputer soll es ermöglichen, das Verhalten von ganzen Molekülsystemen und nicht, wie bis anhin, nur das einzelner Moleküle zu berechnen. Auch in der Nanotechnologie, der Systembiologie, der Astrophysik, der Kosmologie und der physikalischen Chemie freut man sich auf den neuen Hochleistungsrechner: So soll es beispielsweise. möglich sein, die Entstehung von Planeten, Sternen und Galaxien aus der "Ursuppe" zu berechnen. Ebenso sei der Hochleistungsrechner der Schlüssel, um die Resultate des Large Hadron Colliders LHC am CERN zu interpretieren.

Strategischer Vorteil für MNF-Forschende

Der neue Superrechner soll im Vergleich zu den drei bestehenden eine zehnmal grössere Leistung aufweisen. Zwar haben die MNF-Forscher durch internationale Zusammenarbeiten bereits Zugriff auf noch stärkere Supercomputer im Ausland, doch ist dies der Uni zufolge oft mit langen Wartezeiten verbunden. Mit dem neuen Supercomputer sollen die Forscher nun in der Lage sein, einen grossen Teil ihrer Berechnungen auf dem eigenen Supercomputer auszuführen. "Der neue Supercomputer ist für unsere Forschungen und den Forschungsplatz Zürich von grösster strategischer Bedeutung", ist MNF-Dekan Daniel Wyler überzeugt.

Der neue MNF-Supercomputer in Zahlen:

o 51 Teraflops Leistung
o 14 TByte Speicher
o 160 TByte grosses paralleles Filesystem
o 576 Sun Blade-Server mit Intel-Xeon-Prozessoren der nächsten Generation mit je zwei mal vier Rechenkernen (insgesamt 4608 Kerne)