Green500: Deutscher Supercomputer mit bester Energie-Effizienz

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Green500: Deutscher Supercomputer mit bester Energie-Effizienz

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Der neue Supercomputer „L-CSC“ des Darmstädter GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung hat im weltweiten Vergleich der energiesparendsten Hochleistungscomputer den Weltmeistertitel errungen. Auf Anhieb erreichte der neue Höchstleistungsrechner Platz eins auf der am Donnerstag in New Orleans veröffentlichten Rangliste „Green500“, die weltweit die Energieeffizienz der schnellsten Supercomputer vergleicht.

Mit einer Rechenleistung von 5,27 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde je Watt hat „L-CSC“ zugleich einen neuen Weltrekord für Energieeffizienz bei Supercomputern aufgestellt. Platz zwei und drei der neuen Rangliste erreichten zwei japanische Höchstleistungsrechner (Suiren, Tsukuba und Tsubame-KFC, Tokio).

„L-CSC“ wurde am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) und der Goethe-Universität entwickelt. Finanziert wurde der Supercomputer vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, wo er für Simulationen und Berechnungen in der physikalischen Grundlagenforschung eingesetzt wird. Er dient vor allem auch zur Vorbereitung von Experimenten am großen internationalen Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), das gegenwärtig in Darmstadt entsteht. Der superschnelle und energiesparende Computer wurde von dem Frankfurter Computerwissenschaftler Prof. Volker Lindenstruth und seinem Team entwickelt. Er setzt vor allem eine effiziente Kühlung und handelsübliche Grafikkarten ein, um Energieverbrauch und Investitionskosten der Supercomputer zu reduzieren.

Mit dem Weltmeistertitel für „L-CSC“ haben die Forscher des FIAS bereits den dritten Erfolg innerhalb von vier Jahren auf der weltweiten Hitliste der Öko-Supercomputer gelandet: 2010 kam der Frankfurter Supercomputer „LOEWE-CSC“ der Goethe-Universität als umweltfreundlichster Großcomputer Europas auf Rang acht, zwei Jahre später erreichte der in Frankfurt und Darmstadt entwickelte saudi-arabische Rechner „SANAM“ den zweiten Rang bei den „Green500“. Der Weltrekord krönt diese Serie. Die Rangliste bewertet, wie viele Rechenoperationen pro Sekunde ein auf Geschwindigkeit getrimmter Höchstleistungsrechner mit einem Watt elektrischer Leistung erreicht.

„L-CSC“ befindet sich noch im Aufbau. Gegenwärtig sind 56 von insgesamt 160 Servern installiert. Schon damit gehört der Rechner in Darmstadt zu den schnellsten Computern der Welt. Auf der – allein an Geschwindigkeit orientierten – weltweiten Rangliste „Top500“ belegt er gegenwärtig mit 316,7 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde – etwa dreitausend Mal schneller als ein normaler Büro-PC – Rang 168. Nach der Fertigstellung in den nächsten Wochen wird er noch drei Mal schneller rechnen.

„L-CSC“ ist eine Weiterentwicklung der Supercomputer „LOEWE-CSC“ und „SANAM“, und setzt noch stärker als seine Vorgänger auf die Rechenleistung von Grafikkarten. Seinen Namen hat er in Anlehnung an den Vorgänger bekommen. „L-CSC“ rechnet jedoch deutlich schneller als der vier Jahre alte Vorgänger „LOEWE-CSC“ und erzielt mit der gleichen Menge Energie die mehr als siebenfache Rechenleistung. Erreicht wurde dies durch die Verwendung von mehr optimierten Hochgeschwindigkeits-Grafikchips und durch verbesserte, am FIAS entwickelte Software.

Die Investitionskosten für „L-CSC“ betragen rund zwei Millionen Euro. Energie einzusparen ist bei Supercomputern nicht allein eine Frage des Umweltschutzes, sondern auch der Stromrechnung: „L-CSC“ läuft daher mit deutlich geringeren Betriebskosten als weniger energieeffiziente Supercomputer gleicher Geschwindigkeit.

Der Entwickler des „L-CSC“, Vorstandsvorsitzende des FIAS, Leiter der IT der GSI und Professor für die Architektur von Hochleistungsrechnern an der Goethe-Universität Frankfurt, Volker Lindenstruth, sieht in dem Spitzenplatz seines Höchstleistungscomputers eine Bestätigung für die jahrelangen Bemühungen um Energieeffizienz: „Wir leisten damit auch einen Beitrag, damit Supercomputer verstärkt in der Wirtschaft genutzt werden können, denn auch die Gesellschaft braucht immer mehr Rechenleistung, sei es für technische Entwicklungen, für Big Data-Anwendungen, für Cloud-Computing oder anderes.“

Technisch gesehen ist „L-CSC“ ein Computer-Cluster, ein Verbund von miteinander vernetzten Rechnern. Der Rechner soll im Endausbau aus insgesamt 160 Servern (ASUS ESC4000 G2S/FDR) bestehen, mit 1.600 Rechenkernen, von denen jeder zwei Intel-Ivy-Bridge-Prozessoren und vier AMD FirePro Grafikkarten enthält. Jeder Server hat einen Arbeitsspeicher von 256 GigaByte. Verbunden sind die Server über ein Infiniband FDR-Netzwerk. Theoretisch stellt „L-CSC“ in dieser Konfiguration sogar eine Spitzenrechenleistung von 1,7 PetaFlops in doppelter Genauigkeit bereit, also 1,7 Billiarden Fließkommaoperationen pro Sekunde. Damit ist er der viertschnellste Supercomputer in Deutschland.

Das Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) ist eine überdisziplinäre Forschungsinstitution zur theoretischen Erforschung von komplexen Strukturen in der Natur, die von der Goethe-Universität Frankfurt gegründet wurde und von öffentlichen Geldgebern, Stiftungen und Privatpersonen finanziert wird. Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen neben der Informatik Grundlagenforschung in Biowissenschaften, Hirnforschung, Chemie und Physik.

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt betreibt eine der weltweit führenden Teilchenbeschleunigeranlagen für die Forschung. Etwa 1.100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sind bei GSI beschäftigt. Dazu kommen jährlich rund 1.000 Forscher aus Universitäten und anderen Forschungslaboren weltweit, um die Anlage für Experimente zu nutzen. GSI ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten deutschen Wissenschaftsorganisation. Derzeit ensteht in unmittelbarer Nachbarschaft der GSI das internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), ein Forschungszentrum mit optimalen Voraussetzungen für künftige Ionen- und Antimaterieforschung.

Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. 2014 feiert sie ihren 100. Geburtstag. 1914 gegründet mit rein privaten Mitteln von freiheitlich orientierten Frankfurter Bürgerinnen und Bürgern fühlt sie sich als Bürgeruniversität bis heute dem Motto „Wissenschaft für die Gesellschaft“ in Forschung und Lehre verpflichtet. Viele der Frauen und Männer der ersten Stunde waren jüdische Stifter. In den letzten 100 Jahren hat die Goethe-Universität Pionierleistungen erbracht auf den Feldern der Sozial-, Gesellschafts- und Wirtschaftswissenschaften, Chemie, Quantenphysik, Hirnforschung und Arbeitsrecht. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein einzigartiges Maß an Eigenständigkeit. Heute ist sie eine der zehn drittmittelstärksten und drei größten Universitäten Deutschlands mit drei Exzellenzclustern in Medizin, Lebenswissenschaften sowie Geisteswissenschaften.“

 

Bild: Supercomputer SANAM, ein Vorläufer des L-CSC, der in diesen Wochen endgültig zusammen gebaut wird.

Foto: GSI/SANAM

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