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Superrechner in Karlsruher Forschungsuni

17 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde

26. Juli 2021, 09:34 Uhr   |  dpa | Kommentar(e)

17 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde
© Uli Deck/dpa

Laut KIT zählt der Hochleistungsrechner Karlsruhe (HoreKa) zu den fünfzehn schnellsten Rechnern in Europa. Die offizielle Einweihungsfeier mit der Übergabe an die Wissenschaft findet Ende Juli 2021 statt.

Die Karlsruher Forschungsuni KIT nimmt Horeka, den Supercomputer, offiziell in den Betrieb. Er zählt zu den schnellsten Rechnern Europas und soll der deutschen Forschung zur Verfügung stehen. Das Energiekonzept könnte auch kommerziellen Datacentern den Weg zu Green-IT weisen.

Er zählt zu den 15 schnellsten Rechnern Europas und liegt im internationalen Superrechner-Ranking bei der Energieeffizienz sogar auf Platz 13: Die Karlsruher Forschungsuni KIT nimmt den neuen Hochleistungsrechner Horeka am kommenden Freitag offiziell in Betrieb. Die baden-württembergische Wissenschaftsministerin Theresia Bauer (Grüne) hat angekündigt, live dabei zu sein.

Horeka besteht aus zwei Komponenten: den auf Grafikprozessoren (GPUs) basierenden Rechenbeschleunigern und den Standardprozessoren (CPUs). Bei Rechenoperationen wie der Simulation von Neuronalen Netzen in der Künstlichen Intelligenz erreichten die Beschleunigerprozessoren eine extrem hohe Leistung. Für andere Operationen seien die Standardprozessoren deutlich besser geeignet. Dank einer eingebauten Heißwasser-Kühlung samt Abwärmetechnologie gilt Horeka als besonders energieeffizient.

Leistung von 150.000 Laptops
Der Superrechner soll Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus ganz Deutschland zur Verfügung stehen. Mit einer Leistung von rund 17 Billiarden Rechenoperationen in der Sekunde - was der Arbeit von mehr als 150.000 Laptops entspreche - soll er KIT-Angaben zufolge vor allem für Fragen der Erdsystemwissenschaften, Materialwissenschaften, Energie- und Mobilitätsforschung im Ingenieurwesen sowie der Teilchen- und Astroteilchenphysik genutzt werden.

Unter anderem hätten Astrophysiker vom Teilchenbeschleuniger Cern das System mit Berechnungen getestet, sagt Jennifer Buchmüller, Leiterin des Bereichs High Performance Computing (HPC) am Steinbuch Centre for Computing des KIT.

Zudem wirbt das KIT mit einem grünen Thema: Auf der internationalen „Green500"-Liste der energieeffizientesten Supercomputer weltweit landet Horeka auf Platz 13. Noch besser bewertet sind zwei Rechner aus dem Forschungszentrum Jülich in Nordrhein-Westfalen (Plätze 7 und 8) sowie auf Rang 12 ein Supercomputer der Max-Planck-Gesellschaft, der in Garching bei München steht.

Energieeffizienz  in der Welt der Superrechner angekommen
In Karlsruhe wird die Heißwasser-Kühlung des Rechnergebäudes genutzt, um den Rechner ganzjährig mit minimalem Energieeinsatz zu kühlen, wie Buchmüller erklärt. „In den kälteren Jahreszeiten können auch die Büroräume mit der Abwärme beheizt werden." Bis zu 90.000 Liter Kühlwasser fließen laut KIT pro Stunde durch die Rohre.

Heißwasserkühlung und Abwärmenutzung sind nach Einschätzung von Nick Kriegeskotte, Bereichsleiter Infrastruktur und Regulierung beim Branchenverband Bitkom, gerade im HPC-Bereich weiter verbreitet als anderswo. „Obwohl gerade für Forschungszwecke sicher auch mal ein vorübergehend höherer Energieverbrauch erlaubt sein sollte als in Standardanwendungen, sind insbesondere die HPC-Systeme oftmals sogar deutlich effizienter als die kommerziellen Systeme", sagt er.

Ein weiterer Ansatz: Kapazitäten der Server besser auszunutzen mit Hilfe Virtualisierung. „Dabei wird ein physischer Server in mehrere virtuelle Umgebungen unterteilt, in welchen unterschiedliche Aufgaben bearbeitet werden, die alle gemeinsam die Rechnerleistung des einen Servers nutzen", erläutert Kriegeskotte. Auch Chirag Dekate von der Analysefirma Gartner nennt das Beispiel, „um extreme Leistung auf kleinstem Rechenbedarf zu liefern".

Bei Hochleistungsrechnern kommt laut Kriegeskotte im Gegensatz zu kommerziellen Rechenzentren noch eine bessere Planbarkeit der Rechenleistungen hinzu, „so dass die Systeme optimal ausgenutzt werden können". Hier wollen auch Buchmüller und ihr Team am KIT ansetzen: Forscher und Forscherinnen müssen ihr Vorhaben anmelden, kriegen ein Kontingent zugewiesen und kommen auf eine Warteliste.

Zudem wollen die Horeka-Experten ressourcenschonende Programme vorantreiben. „Wie man optimiert programmiert, ist die hohe Kunst", sagt Buchmüller. Dafür werden extra Kurse angeboten, bei Bedarf aber auch der einzelne Code unter die Lupe genommen und verbessert. „Kein Physiker muss Experte im Programmieren werden", sagt die Fachfrau.

Das Thema Energieeffizienz ist also in der Welt der Superrechner längst angekommen. Der Energieverbrauch sei in den vergangenen Jahren schon enorm gesenkt worden, sagt Kriegeskotte. Zumal es allgemein Konsens sei, dass ein Ausbau der digitalen Infrastruktur unbedingt notwendig ist - unter anderem, um die Klimaziele erreichen zu können.

Auch Analyst Dekate warnt davor, bei Supercomputing Nachhaltigkeit und Leistung gegeneinander auszuspielen, „da es die Verfügbarkeit nicht existierender Alternativen impliziert". Energieeffizienz und Stromverbrauch seien bei den Entwicklern von HPC-Architektur keine nachträglichen Überlegungen, sondern wichtige Designkriterien. Die Kosten dafür, nicht in das Lösen von Herausforderungen wie die Kohlenstoffbindung zu investierten oder kurzsichtige Verzögerungen einzuführen, „wären unermesslich schlimmer".

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