PIK - IBM
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Building a Smarter Planet PIK erforscht Phänomene wie Extremwetter mit extrem leistungsfähigem IBM Supercomputer werfen Strategien für eine zukunftsfähige Entwicklung von Mensch und Natur. Die Forschungsprojekte am PIK sind fachübergreifend organisiert und besetzt mit Mitarbeitern aus den vier Forschungsbereichen des Instituts: Erdsystemanalyse, Klimawirkung und Vulnerabilität, nachhaltige Lösungsstrategien sowie transdisziplinäre Konzepte und Methoden. Durch Datenanalysen, Computersimulationen und lösungsorientierte Modelle stellt das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) PIK der Gesellschaft Informationen Das Potsdam-Institut für Klimafolgen- und Werkzeuge für eine nachhaltige forschung (PIK) untersucht wissen- Entwicklung bereit. Neben der Veröf- schaftlich und gesellschaftlich rele- fentlichung von Ergebnissen in Fach- vante Fragen der Bereiche Globaler magazinen und Berichten berät das Um das Auftreten von Extremwet- Wandel, Klimawirkung und Nachhal- Institut nationale und regionale Behör- tern bei der Erforschung von Klima- tige Entwicklung. Natur- und Sozialwis- den und zunehmend auch globale folgen besser berechnen zu kön- senschaftler erarbeiten interdisziplinär Organisationen wie etwa die Welt- nen, benötigt das Potsdam-Institut Einsichten, die eine solide Grundlage bank. Der Direktor des PIK, Prof. Dr. für Klimafolgenforschung einen für Entscheidungen in Politik, Wirt- Hans Joachim Schellnhuber ist zudem neuen Hochleistungsrechner. schaft und Zivilgesellschaft sind. Die Vorsitzender des wissenschaftlichen wichtigsten methodischen Ansätze am Beirats der Bundesregierung Globale iDataPlex – eine Gemeinschafts- PIK sind System- und Szenarienana- Umweltveränderungen. entwicklung von IBM und Intel, Vol- lyse, quantitative und qualitative taire InfiniBand, DS5300, TSM/ Modellierung, Computersimulation Mitglied im globalen Netzwerk zu Fragen HSM und GPFS erreicht die und Datenintegration. globaler Umweltveränderungen Überblick Die Aufgabe Die Lösung Die Funktion des Systems Erde zu ver- 30-fache Leistung des bisherigen Rechners und bewältigt die kom- Das 1992 gegründete PIK gilt als Pio- stehen ist eine anspruchsvolle kom- plexe Berechnung von Extremwet- nier auf dem Gebiet der interdiszipli- plexe Aufgabe, die kein Institut oder tern. nären Klimaforschung. In den histo- Land alleine lösen kann. Das PIK ist rischen Gebäuden auf dem Teil eines globalen Netzwerks zu Fra- Optimale Energieeffizienz und Küh- Potsdamer Telegraphenberg arbeiten gen der globalen Umweltverände- lung, skalierbare Rechnerdichte, Natur- und Sozialwissenschaftler rungen. Es steht in engem Kontakt mit einfache Wartung und Verwaltung, zusammen, um den globalen Klima- internationalen Institutionen und entwi- Integration in bestehende IT-Infra- wandel und seine ökologischen, öko- ckelt gemeinsam mit dem britischen struktur, Gesamtpaket Umsetzung nomischen und sozialen Folgen zu Tyndall Centre for Climate Change und Betrieb, signifikante Einspa- untersuchen. Sie erforschen die Research eine europäische Perspek- rungen im Stromverbrauch. Belastbarkeit des Erdsystems und ent- tive der Nachhaltigkeitsforschung. Eine Die Vorteile aktive Rolle spielt das PIK etwa im Extremwetter auch für IT schwer bere­ Die Ausschreibung entschieden IBM Intergov­ernmental Panel on Climate chenbar und Intel für sich: Der neue IBM Super- Change (IPCC), beim Internationalen Eine besondere Herausforderung für computer erreicht die 30-fache Geosphären-Biosphären-Programm die Modellierung des Klimas besteht Rechengeschwindigkeit des abgelös­ (IGBP) oder dem Millennium Ecosys­ darin, Aussagen über möglichst klein- ten IBM POWER4-Systems. Gleichzei- tem Assessment (MA). Über das Euro- räumige Veränderungen und kurze tig trägt das Institut mit dem neuen pean Climate Forum (ECF) steht das Zeiträume zu treffen. Stürme etwa sind Hochleistungsrechner seinen Teil zur Institut in dir­ektem Gedankenaus- Wetterphänomene, die nur rund zwei Steigerung der Energieeffizienz bei: In tausch mit Entscheidungsträgern aus Wochen anhalten. Dürreperioden kön- der Green 500-Liste der weltweit ener- Wirtschaft, Politik und Öffentlichkeit. nen beispielsweise ein bis zwei giesparendsten Supercomputer vom Monate andauern. Diese Zeiträume Juli 2009 nimmt der neue Rechner Beispiel für länderübergreifende For­ sind für Modelle zu kurz, die üblicher- Platz 29 bei x86-Clustern ein. In der schungsprojekte weise Entwicklungen über Jahrzehnte TOP 500-Liste der weltweit leistungs- High Performance Computing (HPC) ist berechnen. In einem neuen Projekt zur stärksten Supercomputer vom Juni für die ca. 240 Mitarbeiter/innen des Extremwetter-Simulation am PIK wer- 2009 ist es Rang 244. PIK unverzichtbar: Simulation im Com- den solche Einzelereignisse nun in puter ist neben Theorie und Experiment sogenannten Ensemble-Simulationen IBM Global Services erbringt Gesamtleis­ zur dritten Säule der Wissenschaft untersucht. Dabei wird das Auftreten tung geworden. So hat das PIK zum Beispiel eines Extremereignisses 20 bis 50 Mal Eine Herausforderung ist die Installa- gemeinsam mit Wissenschaftlern aus mit nur leicht veränderten Eingangs- tion des Clusters hinsichtlich der ver- Großbritannien und der Schweiz in werten simuliert. Diese umfangreichen fügbaren Fläche und der Möglich- einem dreijährigen Forschungsprojekt Berechnungen lassen Rückschlüsse keiten zur Klimatisierung. Die Planung erstmals berechnet, welche Menge darauf zu, wann und wo Extremereig- und Umsetzung aller Maßnahmen Treibhausgas von heute bis zum Jahr nisse auftreten und wie sie sich auswir- erfolgt durch IBM Global Services. 2050 in die Atmosphäre entlassen wer- ken könnten. Diese Berechnungen Dazu gehört zum Beispiel die Durch- den könnte, ohne das Risiko einer stellen sehr hohe Anforderungen an führung im baulichen, elektro- und kli- Erwärmung von mehr als zwei Grad die IT und brachten den bestehenden matechnischen Bereich sowie die Lie- Celsius über den vorindustriellen Wert Hochleistungsrechner an seine Gren- ferung und Installation von zu stark zu erhöhen. Das Ergebnis: zen. In Folge dessen entschied sich Wärmetauschern inklusive der Infra- Weniger als ein Viertel der nachgewie- das PIK für die Ausschreibung eines struktur. Komplettiert wird die Lösung senen Vorkommen fossiler Brennstoffe neuen High Performance Clusters. Die durch umfangreiche Leistungen in den dürfte bis zum Jahr 2050 noch ver- Anbieter mussten in Benchmarks Bereichen Wartung und Unterstüt- brannt werden, um die globale Erwär- nachweisen, dass ihre Lösungen den zung: Planung und Durchführung not- mung zu begrenzen (1). Für die Simula- hohen Anforderungen des Instituts wendiger Microcode Updates, Bera- tion wurde ein Computermodell gerecht werden. tung bei betriebs- und anwen­dungs­- eingesetzt, das die Wirksamkeit sämt- bezogenen Fragestellungen sowie licher Treibhausgase, Luftschwebstoffe Schulung der Mitarbeiter. und gasförmiger Luftverschmutzung berücksichtigt. Das Modell kann die gesamte Bandbreite möglicher Reaktionen des Kohlenstoffkreislaufs und des Klimasystems der Erde abbilden. Dabei wurden rund 1000 zeitliche Verläufe zur Reduktion der Emissionen berechnet. „Die Simulation eines Modells auf unserem Supercomputer muss schneller Ergebnisse liefern, als sich das durch das Modell abgebildete natürliche System tatsächlich verändert. Mit IBM setzen wir die Messlatte in puncto Leistung und Energieeffizienz jedes Mal höher. Nur so macht Klimafolgenforschung Sinn.“ Karsten Kramer, Leiter Gruppe IT-Infrastruktur und Dienste am PIK iDataPlex-Technologie außerordentlich lei­ der neuen Architektur bietet die Tech- kation im Hochgeschwindigkeitsnetz- stungsstark nologie ideale Voraussetzungen, um werk erfolgt über 384 Ports der beiden Die Basis für die hohe Energieeffizienz eine größere Dichte in der horizontal Voltaire InfiniBand Switches. Diese bildet die IBM iDataPlex-Technologie, skalierbaren Umgebung des Rechen- bewältigen den hohen Datenaustausch eine gemeinsame Entwicklung von IBM zentrums zu ermöglichen. Standard- für die parallelen Anwendungen auf und Intel. Durch ihre innovative Archi- komponenten wie z. B.Open-Source- zwei Subsystemen. tektur integriert diese Lösung die Intel- Software werden von iDataPlex voll basierte Datenverarbeitung in Server- unterstützt und tragen zur Senkung der 200 TB großes SAN mit General Parallel knoten, Racks und Rechenzentren und Kosten bei. Das PIK setzt als Betriebs- File System ermöglicht so eine effizientere Strom- system Suse Linux Enterprise Server Mit dem Supercomputer verbunden ist versorgung und Kühlung sowie die (SLES) 10 ein. ein Speichernetzwerk mit vier IBM erforderliche Rechendichte. Die Küh- DS5300 Storage Systemen. Das ska- lung sämtlicher Prozessoren erfolgt Halogenfreie und leistungsstarke Intel- lierbare und leistungsfähige parallele dabei über wassergekühlte Schranktü- Prozessoren Dateisystem IBM General Parallel File ren. Auch die Netzteile der iDataPlex- Der neue Supercomputer besteht aus System (GPFS) stellt dem PIK 200 TB Knoten tragen mit einem Wirkungsgrad 320 Rechenmodulen mit je zwei Intel nutzbaren Datenspeicher zur Verfü- von über 90 Prozent erheblich zur Ener- Xeon Prozessoren E5472 à drei GHz gung. Mit 4,8 GB/s Lese- und 5,3 GB/s gieeinsparung bei. Bedingt durch die sowie 32 GB Hauptspeichern. Schreibgeschwindigkeit bietet die neu- im Vergleich zu Standard-19-Zoll- Stephan Gillich, Direktor HPC, EMEA este Generation der IBM Speichersy- Schränken deutlich geringere Tiefe der Enterprise Marketing der Intel GmbH: steme eine schnelle und ausgewogene iDataPlex-Schränke, wird zur Kühlung „Anwender, die die Xeon 5400-er Pro- Leistung und sorgt für eine erhöhte der Knoten ein erheblich geringerer zessoren einsetzen, profitieren nicht nur Anwendungsperformance. Bei Luftstrom benötigt. Die Lüfter laufen von höherer Leistung und Energieeffizi- gemeinsamer Plattennutzung erhält deshalb mit wesentlich niedrigerer enz auf bestehenden Plattformen, son- jeder Clusterknoten parallel Schreib-/ Drehzahl, was den Stromverbrauch dern auch von der halogenfreien Ferti- Lesezugriff auf die Dateien, gleichzeitig ebenfalls senkt. Dasselbe gilt für den gungstechnologie. Halogen ist eines verteilt GPFS die Daten auf verschie- Energiebedarf: iDataPlex benötigt bis der sogenannten Treibhausgase, die dene Festplatten und ge­währleistet zu 40 Prozent weniger Energie als ver- das Erdklima negativ beeinflussen. somit den außerordentlich hohen gleichbare x86 Systeme und steigert Damit sind die Systeme gut gerüstet, Datendurchsatz. dabei die Rechenleistung im Rechen- um komplexe Herausforderungen wie zentrum um das Fünffache. Infolgedes- die der Klimafolgenforschung zu mei- Datensicherung und Backup via TSM und sen sinkt auch der Kühlbedarf pro stern.“ HSM Megaflop Rechenleistung. Karsten Die Sicherung der Daten erfolgt in Kramer: „Mit dem neuen IBM Super- Hochgeschwindigkeitsnetzwerk ohne War­ einem zweiten Subsystem. Tivoli Stor­ computer konnten wir den Stromver- tezeiten age Manager (TSM) und HSM Client brauch im Vergleich zu einer konventio- steuern das Backup sowie die hierar- nellen Lösung um 25 Prozent senken.“ Für die Berechnungen des Klima- chische Datenverwaltung. Als Plattform Parallel wird die benötigte Stellfläche modells werden umfangreiche Daten- sind drei IBM System p unter AIX mit auf die Hälfte reduziert. Die wasserge- sätze eingelesen, sehr große temporäre POWER6-Prozessoren im Einsatz. Über kühlten IBM Rear Door Heat eXchanger Dateien angelegt und die Ergeb­nisse in ein eigenes Storage Area Network ermöglichen sogar, die Racks bei deut- gleichfalls umfangreichen Dateien (SAN) sind TSM, Backup und HSM mit lich mehr als Zimmertemperatur zu abgelegt. „Entscheidend ist hier die einem robotergesteuerten Bandarchiv betreiben. Mit nur wenigen Anpas- schnelle Sicherung der Ergebnisse auf mit acht Laufwerken verbunden. Inve- sungen lässt sich mithilfe des Features den Festplatten, damit die Rechenlei- stitionsschutz wird durch Ausbau des für die Wasserkühlung selbst die stung nicht durch unnötige Wartezeiten bestehenden Bandarchivs IBM 3494 Umgebungsluft klimatisieren. beschränkt wird“, erklärt Karsten mit den neuesten Laufwerken IBM Kramer. Um die Ressourcen optimal zu TS1130 gewährleistet. Backup und nutzen, setzt das PIK hier auf den IBM HSM greifen im SAN-Modus direkt auf griff der modular gestalteten Lösung Tivoli Work­load Schedule LoadLeveler. das GPFS zu, ohne die Performance halten zudem die Service- und War- Damit können Benutzer mehr Jobs in des Supercomputers zu beeinträchti- tungszeiten niedrig. In Kombination mit kürzerer Zeit ausführen. Die Kommuni- gen. Die Frontverkabelung und der Frontzu- Der neue Supercomputer ist als IBM Diese Systeme ermöglichen auch im Kontakt System Cluster e1350 implementiert. High Performance Computing die Potsdam-Institut für Klimafolgenfor- Damit reduzieren sich die Risiken sowie Berechnung hochkomplexer Simulati- schung (PIK) die Komplexität der Lösung und es onen mit neuesten wissenschaftlichen Karsten Kramer beschleunigt sich die Inbetriebnahme Modellen. Dabei fließen aktuelle Wet- Leiter Gruppe IT-Infrastruktur und des High Performance Clus­ters. Die terdaten sowie Ergebnisse internatio- Dienste integrierte, hoch skalierbare sowie flexi- naler Forschungsarbeiten in die Unter- Telegraphenberg ble Lösung wird über zwei IBM System suchungen mit ein. Auf dieser Basis 14473 Potsdam x3650 unter xCAT adminis­triert. Das können Wissenschaftler genauere Telefon: +49 331 288-2605 Extreme Cluster Administration Toolkit Aussagen über Extremwetter treffen Telefax: +49 331 288-2600 (xCAT) ist ideal, um eine hohe Anzahl sowie kleinräumige Veränderungen E-Mail: [email protected] der Knoten einfach und effizient zu ver- und kürzere Zeiträume berücksichti- walten. gen. Die Auswirkungen einzelner Para- IBM Deutschland GmbH meter werden leichter erkannt und Klaus Dieter Hassels PIK geht mit gutem Beispiel voran bestimmt sowie Aussagen über das Industries Deep Computing Sale Stephanie Kühdorf, Vertriebsleiterin Klima und die Wege zu dessen Beein- Gottlieb-Daimler-Str. 12 Deep Computing bei der IBM Deutsch- flussung genauer. Mit der verbes- 68165 Mannheim land, betont die Signalwirkung des serten Erforschung sinken die Risiken Mobil: +49 171 5543411 Supercomputers: „Die Intel-basierte für Mensch und Umwelt. E-Mail: [email protected] Lösung ermöglicht es dem PIK Untersuchungen mit einer bis dato unerreich- Komponenten der Lösung ten Präzision durchzuführen, ohne dass Software: dies mehr Stellfläche erfordert oder zu BM AIX zusätzlichen Strom- und Kühlbedarf IBM Extreme Cluster Administration führt. Das PIK setzt sich damit gleich Toolkit doppelt zum Schutz der Erde ein: durch IBM General Paralled File System seine Forschungsarbeit und die IBM System Cluster e1350 herausragende Energie­effizienz seines IBM System x iDataPlex Supercomputers. Ein Beispiel, das IBM Tivoli Storage Manager Schule machen sollte.” IBM Tivoli Storage Manager Hierarchical Storage Management for Windows IBM Deutschland GmbH IBM-Allee 1 71139 Ehningen ibm.com/de IBM Österreich Obere Donaustraße 95 1020 Wien ibm.com/at IBM Schweiz Vulkanstrasse 106 8010 Zürich ibm.com/ch Quelle IBM Tivoli Workload Scheduler (1) http://www.pik-potsdam.de/aktu- LoadLev­eler elles/pressemitteilungen/auf-dem-weg- Suse Linux Enterprise Server 10 Die IBM Homepage finden Sie unter: ibm.com ziel-erfordert-mehr-als-50-prozent- Hardware: IBM, das IBM Logo und ibm.com sind eingetragene Marken der IBM Corporation. reduzierung-bis-2050 IBM Power 550 Express zum-einstellen-der-emissionen-2b0c- IBM Power 520 Express Smarter Solution für die Wissenschaft IBM System Storage DS5300 IBM System Storage SAN64B „Die Systeme zur Klimamodellierung werden immer effektiver und effizienter. Ein Grund dafür sind die Innovationen der IBM.“ IBM System x3650 Weitere Unternehmens-, Produkt- oder Servicenamen können Marken anderer Hersteller sein. IBM Global Services Site Services Diese Erfolgsgeschichte verdeutlicht, wie ein bestimmter IBM Kunde Technologien/Services von IBM und/oder einem IBM Business Partner einsetzt. Die hier beschriebenen Resultate und Vorteile wurden von zahlreichen Faktoren be­einflusst. IBM übernimmt keine Gewährleistung dafür, dass in anderen Kundensituationen ein vergleichbares Ergebnis erreicht werden kann. Alle hierin enthaltenen Informationen wurden vom jeweiligen Kunden und/oder IBM Business Partner bereitgestellt. IBM übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit dieser Informationen. IBM Global Services Support Gedruckt in Deutschland. IBM System x iDataPlex dx360 Voltaire InfiniBand 2012 Services: IBM Global Services Consulting IBM Global Services Maintenance IBM Global Services Microcode Support Karsten Kramer, Leiter Gruppe IT-Infrastruk- tur und Dienste am PIK AIX, POWER5, POWER6, Power Systems und System p sind Marken der IBM Corporation in den USA und/oder anderen Ländern. © Copyright IBM Corporation 2009 Alle Rechte vorbehalten. IBM Form POY-03029-DEDE-00
