Ein Turbolader für den Superrechner JUWELS

Forschungszentrum Jülich, Atos und ParTec planen mit NVIDIA und Mellanox die Erweiterung des Jülicher Supercomputers

Jülich, 14. November 2019 – Der Jülicher Supercomputer JUWELS bekommt einen großen Bruder, ein sogenanntes Booster-Modul, wie das Forschungszentrum Jülich, Atos und ParTec vereinbart haben. Das mit mehreren Tausend Grafikprozessoren bestückte Modul ist für extreme Rechenleistungen und für Aufgaben der Künstlichen Intelligenz ausgelegt. Es wird als deutsch-französisches Projekt gemeinsam mit den Unternehmen NVIDIA und Mellanox im Co-Design-Verfahren konzipiert. Mit dem Start des Boosters im Jahr 2020 wird die Rechenleistung von JUWELS von aktuell 12 auf über 70 Petaflops erhöht. Dies entspricht 70 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde oder der Leistung von über 300.000 modernen PCs – schneller rechnet derzeit keiner in Europa.

JUWELS Supercomputer, JSC, FZJ (Copyright: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach)

Der „Jülich Wizard for European Leadership Science“, kurz JUWELS, folgt dem neuartigen Prinzip der in Jülich entwickelten modularen Supercomputing-Architektur. Dieses sieht die Kombination unterschiedlicher Module vor, die auf verschiedene Anforderungen zugeschnitten sind. Sie können über eine einheitliche Systemsoftware zusammengeführt und zu einem einzigen, ultraflexiblen Supercomputer zusammengeschaltet werden.

Das erste Modul, das sogenannte Cluster-Modul, besticht durch seine Vielseitigkeit und einfache Nutzbarkeit. Es ging bereits 2018 in Betrieb und war von Anfang an für die Erweiterung durch zusätzliche Module ausgelegt. Das mit Abstand größte dieser Module ist das nun kommende, mit Grafikprozessoren ausgestattete Booster-Modul, mit dem sich große Datenmengen und besonders rechenintensive Programmteile parallel mit höchster Effizienz bearbeiten lassen – beispielsweise für großangelegte Simulationen oder maschinelles Lernen.

Als das erste Modul von JUWELS installiert wurde, waren noch nicht alle Komponenten, die für den Bau des Boosters benötigt werden, auf dem Markt. Mittlerweile sind alle Teile erhältlich, die für ein ausgewogen konzipiertes Höchstleistungsrechenmodul erforderlich sind.

Neues Supercomputer-Konzept aus Jülich

„Die modulare Supercomputing-Architektur ermöglicht es, flexibel und ohne Kompromisse die besten verfügbaren Technologien zu integrieren”, erklärt Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC). „Die Modularität ist unsere Antwort auf die zunehmend komplexeren und heterogeneren Anforderungen der Anwendungscodes an die Supercomputer. Sie erlaubt, Exascale kostengünstig zu realisieren und wird es sogar ermöglichen, so exotische Zukunftstechnologien wie Quantencomputer zu integrieren.“

Der Bau eines Exascale-Rechners wird weltweit als der nächste große Schritt auf dem Gebiet des High Performance Computing (HPC) verfolgt. Ein solcher Rechner ist mit einer Trillion (10^18) Rechenoperationen pro Sekunde noch um mindestens eine Größenordnung leistungsfähiger als die schnellsten Supercomputer von heute.

Die Idee des modularen Supercomputing wurde von Lippert konzipiert und unter Leitung von Dr. Estela Suarez, JSC, gemeinsam mit ParTec in den von der EU geförderten Forschungsprojekten DEEP und DEEP-ER mit Hilfe vieler europäischer Partner aus Forschung und Industrie in die Praxis umgesetzt. “Der JUWELS-Booster ist wegweisend für die Entwicklung eines europäischen Exascale-Systems, denn auf dem Gebiet der Systemarchitektur ist Europa weltweit führend”, sagt Bernhard Frohwitter, Vorstandsvorsitzender von ParTec.

Hardware-Partner aus Europa, Israel und den USA

Der JUWELS-Booster basiert auf der Supercomputer-Reihe BullSequana XH2000 von Atos. “Ausgestattet mit unseren neuesten, leistungsfähigsten beschleunigten Blades bietet die BullSequana-Plattform Jülich die effektivste Recheninfrastruktur auf dem Weg zu Exascale. Sie unterstützt auch das Bestreben des Forschungszentrums nach nachhaltigen Lösungen mit unserer patentierten Direct-Liquid-Cooling-Warmwasser-Technologie”, führt Agnès Boudot, Senior Vice President, Head of HPC & Quantum bei Atos, aus.

Eine Besonderheit des modularen JUWELS-Systems ist, dass er gleichermaßen für die anspruchsvollsten Aufgaben im Bereich der Simulationen und des Maschinellen Lernens, also der Künstlichen Intelligenz, geeignet ist und auf einfache Weise beide Bereiche zusammenbringen kann. “Das JSC setzt unsere GPUs für Rechenzentren der nächsten Generation im Booster-Modul von JUWELS ein, um diese Anforderungen bei höchster Energieeffizienz zu erfüllen”, sagt Marc Hamilton, VP, Solutions Architecture and Engineering bei NVIDIA.

Die extrem hohe Netzwerkleistung, die für den modularen Rechner benötigt wird, kommt von Mellanox aus Israel. “Unsere 200 Gb/s HDR InfiniBand-Technologie bietet einen weltweit führenden Datendurchsatz und eine extrem niedrige Latenzzeit, und liefert damit die Netzwerkleistung, die zur Rechenleistung der Rechenknoten des JUWELS-Boosters passt. Darüber hinaus ermöglichen die flexiblen adaptiven Routing- und Steuerungsfunktionalitäten den Betrieb von JUWELS als einheitlichen modularen Supercomputer”, erklärt Gilad Shainer, SVP für Marketing bei Mellanox Technologies.

Förderung durch Bund und Land

Die Anschaffung des Boosters wird vom Bund und vom Land Nordrhein-Westfalen finanziert. Das JSC betreibt JUWELS als Mitglied des Gauss Centre for Supercomputing (GCS), dem Zusammenschluss der drei nationalen Höchstleistungsrechenzentren in Deutschland, zu denen die drei Rechenzentren des Forschungszentrums Jülich (JSC), der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (LRZ) und der Universität Stuttgart (HLRS) gehören.

Die Rechenzeit wird über Peer-Review-Verfahren auf nationaler und europäischer Ebene vergeben. Das GCS und das Forschungszentrum Jülich werden unterstützt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen sowie dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg und dem Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst.