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JUBL IBM Blue Gene/L im Forschungszentrum Jülich Auf dem Weg zum Peta-Computer in Europa Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert Forschungszentrum Jülich 1 8. März 2006 2 8. März 2006 Thomas Lippert 3 8. März 2006 Thomas Lippert JUBL Jülicher Blue Gene/L 16384 Prozessoren 45.6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde = 45.6 Teraflop/s Platz 1 aller Rechner in Europa 4 8. März 2006 Thomas Lippert IBM Blue Gene-Philosophie Paradigmenwechsel im Supercomputing Unser Gehirn niedrige Frequenz hochparallel kompakt geringe Abwärme Kompakt, da Licht nur ca. 40 cm pro Takt schafft Quellen: Ray Kurzweil, Hans Moravec 5 8. März 2006 Thomas Lippert Blue Gene-Prinzip: kleine Frequenz verringert Abwärme ( f2) gigantische Leistung ( f) mit tausenden von synchronisierten Prozessoren Blue Gene/L-Architektur Ein Konzept für Peta-Computing? JUBL= 8 Racks = 16348 CPUs Rack = 2048 CPUs Blue Gene /L: Parallelcomputing an der Spitze des technisch Möglichen 45.6 Teraflop/s Node Book = 64 CPUs 5.6 Teraflop/s Card = 4 CPUs 180 Gigaflop/s Node = 2 CPUs 11.2 Gigaflop/s 5.6 Gigaflop/s 6 8. März 2006 Thomas Lippert Blue Gene /P: Petaflop/s bis 2008 1 Billiarde Operationen pro Sekunde Helmholtz-Gemeinschaft Zukunftsgestaltung für unsere Gesellschaft JUBL ist zentraler Bestandteil des neuen Helmholtz-Supercomputer- und GridKonzeptes Lösung von “Grand Challenges” Erforschung von Systemen größter Komplexität Bereitstellung von Schlüsseltechnologien Supercomputer 7 8. März 2006 Thomas Lippert FZJ Grand Challenges und Supercomputing Wissenschaftliches Rechnen Energie Gesundheit Information Umwelt Energieerzeugung der Zukunft Bio- und Neurowissenschaften Nanoelektronische Elemente und Systeme Bio-GeoSysteme Physik Physik der kondensierten Materie 8 8. März 2006 Thomas Lippert John von Neumann-Institut für Computing • Fakten • Erstes deutsches Höchstleistungsrechenzentrum (seit 1987) und größtes Zentrum der Computational Science in Europa • 9 • Etwa 200 Gruppen aus Deutschlands und Europas Universitäten und Forschungsinstituten rechnen am NIC • Vertragspartner: DESY, GSI. FZJ Aufgaben des NIC • Internationale Begutachtung zur Vergabe der Rechenzeit • Unterstützung der Nutzer auf Weltklasse-Niveau • Sommerstudentenprogramme, Kurse, Workshops, Konferenzen • Einrichtung und Betrieb der Supercomputer-Großgeräte • Aufbau Helmholtz- und D-Grid (e-Science-Initiative des BMBF) 8. März 2006 Thomas Lippert Bandbreite der Simulationsprojekte am NIC Energie Nachhaltigkeit Plasmaphysik Superstrings und fundamentale Theorien Biophysik Gesundheit Geophysik Klima Umwelt Technik Astrophysik Kosmologie 10 8. März 2006 Teilchenphysik Struktur der Materie Thomas Lippert Materialwissenschaft Chemie Vom Atom zur Nanostruktur Materialwissenschaft am FZJ 1982: 1 AT/unit cell 2001: 4 AT/unit cell 1988: 2 AT/unit cell 2006: 15 AT/unit cell Prof. Stefan Blügel et al. (FZJ) 11 8. März 2006 Thomas Lippert • Jede neue Stufe der Computerentwicklung führt zu neuem Erkenntnissprung • GMR: Gigantischer Magnetwiderstandseffekt (FZJ) heute in jeder Festplatte! • Kolossaler MR wird nun auf JUBL berechenbar! • Festplatte der Zukunft Dr. Eva Pavarini, Dr. Erik Koch Simulation der Ozonschicht Atmosphären- und Klimaforschung am FZJ Untersuchungen und Fragen: • • • • • • • • Simulation: Ozonverlust in der Stratosphäre Mit welcher Rate ändert sich das Klima? Inwieweit beeinflusst der Mensch das Klima? Ozonloch auch über der Arktis? Wie groß ist die Gefahr für Europa? Welchen Einfluss hat die Nutzung von Land? Wie interagiert die atmosphärische Chemie mit dem Klima (z.B. FCKW)? Genauigkeit wird durch JUBL potenziert Prof. Martin Riese et al. (FZJ), Prof. Andreas Wahner (FZJ) 12 8. März 2006 Thomas Lippert Laser-beschleunigte Protonen Laser-Plasma-Simulation am FZJ Petawatt-Laser 10 Milliarden Grad heiße Elektronen Tumorbehandlung Fusion Teilchenbeschleuniger Prof. Paul Gibbon, FZJ 13 8. März 2006 Thomas Lippert Grundwasserverschmutzung Geophysik am FZJ Prof. Harry Vereecken, FZJ 14 8. März 2006 Thomas Lippert Vom Protein zur Zelle Biophysik am FZJ Verständnis von Proteinen und Zellen JUBL Großprojekt “Blue Cell” Petaflop/s • Reaktionsnetzwerke von Biomolekülen in der Zelle (Systembiologie) • Fehlfaltung von Proteinen (Alzheimer) • Transport von Proteinen durch Membranen • Docking Prof. Uli Hansmann (FZJ), Dr. A. Baumgärtner (FZJ) 15 8. März 2006 Thomas Lippert Bedarf in Deutschland (Angaben in Teraflop/s) Forschungsbereich 2005-2007 2007-2009 2010 20 50-100 >500 Geophysik 1 10-100 >1000 Nanoelektronik und -technologie 1 10-50 >200 Festkörperphysik 1 50-100 >1000 2.5-10 25-100 >1000 Astrophysik 10 50-100 >500 Elementarteilchen- und Hadronphysik 30 100 >1000 Materialwissenschaft 10 50-100 >500 Theoretische Chemie 3 25-125 >300 Weiche Materie 3 30 >200 3-15 15-80 >1000 10 50 >500 Klima- und Erdsystemforschung Strömungsmechanik Biophysik und Bioinformatik Plasmaphysik Quelle: A.Bode, W. Hillebrandt und Th. Lippert: Studie „Petaflop-Computing mit Standort Deutschland im europäischen Forschungsraum“ für das BMBF (2005) 16 8. März 2006 Thomas Lippert Das integrierte Helmholtz-Konzept (Ausbau 2007) John von Neumann-Institut (NIC) General Purpose Rechner >50 Teraflop/s SL QCD Topical Center DESY/NIC Topical Center GSI/NIC 8. März 2006 Hochskalierender Rechner Backend Network Globales File-System SL Nanoscience + Molecular Materials Topical Center IFF/FZJ 17 MultiGigabit Thomas Lippert >250 Teraflop/s Topical Center GridKa Multi-PetaByte Band-Archiv Topical Center AWI Computing SL Biology Topical Center NIC SL Geosphere SL Neuroscience Topical Center IME/FZJ Topical Center ICG/FZJ … A und O: Starke und verlässliche Partner General Purpose-System (GP) • Große Breite, komplexe Aufgaben • SMP und PC-Cluster Hochskalierendes System (HS) • Grand Challenges • Blue Gene/L, Blue Gene/P Array-Prozessor-System (AP) • Innovative Zukunftstechnologien • Cell-Processor, FPGAs, GPUs 18 8. März 2006 Thomas Lippert Kooperation mit IBM Böblingen ParTec GmbH München PathScale Inc. USA FZ-Jülich Kooperation mit IBM Watson Research Centre in Yorktown Heights FZJ will Mitglied des Cell-Konsortiums werden. Bau eines Cellbasierten Superrechners FZJ, IBM, Universitäten Richtung Europa: DEISA & HPCEUR • Wettbewerb aufnehmen mit USA, Japan und China • Kooperation zwischen England, Frankreich, Deutschland, Niederlande, Finnland und Italien • Ziel: Mehrere Petaflop-Zentren in Europa bis 2009 • Kern der e-Infrastruktur in EU • Kooperationsmodell: DEISA 19 8. März 2006 Thomas Lippert Zukunft des NIC: Auf dem Weg zum europäischen Zentrum • 1. Schritt: Anfang 2006 Realisierung eines dualen Rechnerkonzeptes • • Hochskalierendes System (HS) mit 45 Teraflop/s – JUBL General-Purpose-System (GP) mit 9 Teraflop/s – JUMP leistungsstärkstes und flexibelstes Zentrum in Europa • 2. Schritt Mitte 2007 Ausbau des dualen Rechnerkonzeptes • • 250 Teraflop/s HS 50 Teraflop/s GP Deutschland bleibt mit NIC in Führung in Europa • 3. Schritt 2009/10 Europäischer Ausbau des NIC • • 2 Petaflop/s HS 400 Teraflop/s GP Beste Voraussetzungen, ein europäisches Zentrum nach Deutschland zu holen Die führenden Experten Europas sollen in Deutschland rechnen! 20 8. März 2006 Thomas Lippert
