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Jülich Supercomputing Centre

Im Jülich Supercomputing Centre wurde die SUSE Linux Enterprise-Plattform als Grundlage für zwei hochleistungsfähige Supercomputer-Cluster sowie für den Betrieb von Europas erstem PetaFLOP-Supercomputer verwendet.

Über das Jülich Supercomputing Centre

Das Jülich Supercomputing Centre stellt für das Forschungszentrum Jülich und europaweit durch das John von Neumann-Institut für Computing – eine Institution, die die Computerwissenschaften in Deutschland und ganz Europa fördert – Rechenzeit auf Supercomputern, IT-Werkzeuge, Verfahren und Know-how zur Verfügung. Die Supercomputer JUGENE und JuRoPA/HPC-FF des Forschungszentrums in Jülich sind derzeit die schnellsten in ganz Europa. Weltweit nehmen sie laut top500.org den dritten und zehnten Platz ein.

Herausforderung

JSC plante die Installation von drei neuen Supercomputern der Spitzenklasse zur Durchführung umfassender Computersimulationen für europäische Forschungsprojekte. JUGENE sollte der schnellste Computer in Europa werden und auf proprietärer IBM BlueGene/P-Technologie basieren.

Für JuRoPA und HPC-FF, zwei kleinere Cluster, war ein anderer Ansatz geplant – man wollte Standardhardware in einem Cluster verwenden (NovaScale Rackmount-Server der Firma Bull und Blade-Server der Firma Sun, basierend auf der Intel Nehalem Prozessorarchitektur). JuRoPA, der größere der beiden Cluster, enthält 17.664 Prozessorkerne, die auf 2.208 Rechenknoten verteilt sind. HPC-FF, ein Hochleistungsrechner der für die Forschung im Bereich Kernfusion eingesetzt werden soll, verfügt über 8.640 Kerne und 1.080 Knoten. Die beiden Supercomputer basieren auf ähnlichen Technologien und können im Bedarfsfall zu einem einzigen Cluster zusammengeschlossen werden.

„Bei der Erstellung von Cluster-Architekturen ergeben sich sehr spezifische Herausforderungen“, erklärt Ulrich Detert, Projektleiter bei JuRoPA. „Abgesehen von Problemen mit der Hardware hatten wir hauptsächlich mit zwei Dingen zu kämpfen – Latenzzeiten und OS-Jitter. Beim Entwurf der Supercomputer JuRoPA und HPC-FF waren wir daher auf der Suche nach einem Betriebssystem, mit dem wir diese Probleme beheben können.“

Die Novell Lösung

Die Supercomputer JuRoPA und HPC-FF gehören zu den leistungsstärksten HPC-Clustern, die bisher aus Standardkomponenten erstellt wurden, und auch beim Betriebssystem setzte man auf ein handelsübliches System. Normalerweise werden bei Supercomputern besonders angepasste Betriebssysteme auf den Rechenknoten eingesetzt. Bei JuRoPA und HPC-FF hingegen fiel die Wahl auf SUSE® Linux Enterprise Server als Betriebssystem für alle Knoten.

„Wir haben uns für SUSE Linux Enterprise Server als Basis für JuRoPA und HPC-FF entschieden, weil uns die Plattform sehr stabil und effizient erschien“, so Dr. Norbert Eicker, der Entwickler von JuRoPA und HPC-FF. „Da die Plattform auf Open Source beruht, konnten wir alle für uns unnötigen Funktionen entfernen, zum Beispiel den grafischen Desktop-Manager und einige Kernel-Funktionen. So wurden viele der Systemprozesse entfernt, die für OS-Jitter und erhöhte Latenzzeiten verantwortlich sind.“

SUSE Linux Enterprise Server wird auch an den Frontend- und I/O-Knoten von JUGENE eingesetzt, dessen Hauptknoten unter dem extrem schlanken IBM-Betriebssystem CNK laufen.

Das Forschungszentrum arbeitet gemeinsam mit Novell daran, unter Verwendung von SUSE Linux Enterprise Real Time Extension Probleme wie OS-Jitter zu beheben. Dieses Phänomen entsteht, wenn Betriebssysteme Systemvorgänge ausführen (zum Beispiel Daemon-Prozesse und Interrupts), die Störungen (z. B. Noise oder Jitter) verursachen, was wiederum die Leistung der auf den HPC-Clustern parallel laufenden Anwendungen beeinträchtigt.

SUSE Linux Enterprise Real Time Extension wurde speziell für zeitkritische Anwendungs-Workloads entwickelt, wie man sie in Hochleistungs-Computingumgebungen findet. Die Lösung erlaubt die Priorisierung von Anwendungen vor Systemprozessen. So werden zeitkritische Workloads zuverlässig und vorhersagbar ausgeführt und Latenzzeiten auf ein Minimum beschränkt.

„Echtzeit-Linux ist ein Bereich, der enormes Potenzial verspricht, erklärt Dr. Dr. Lippert, Leiter des Jülich Supercomputing Centre. „Und Novell ist führend auf dem Gebiet dieser Technologie, die enorme Vorteile für Hochleistungsumgebungen bietet.“

Ergebnisse

Mittlerweile sind die Supercomputer JuRoPA und HPC-FF voll funktionsfähig und haben die erforderlichen Tests durchlaufen, d. h., sie können ab sofort Projekt-Workloads übernehmen. HPC-FF wird vorrangig im Forschungsbereich Kernfusion zum Einsatz kommen, während JuRoPA mehr als 200 verschiedene Projekte aus unterschiedlichsten Forschungsbereichen unterstützt.

„Der Einsatz von Clustern ist ideal für Hochleistungscomputing, weil dadurch eine enorme Skalierbarkeit gewährleistet wird und keine proprietäre Hardware eingesetzt werden muss“, freut sich Dr. Eicker. „Es handelt sich hier um eine sehr effiziente Architektur, besonders wenn Probleme wie OS-Jitter und Latenzzeiten gelöst werden können. Dank der Anpassbarkeit und der Echtzeitfunktionen von SUSE Linux Enterprise waren wir dieser Herausforderung gewachsen.“

Das Forschungszentrum arbeitet auch weiterhin daran, die neuen Supercomputer zu perfektionieren – zum Beispiel soll die Hardwareüberwachung noch ausgebaut werden, um das Risiko von Hardwareausfällen weiter zu minimieren. Zudem wird daran gearbeitet, den SUSE Linux Enterprise Real Time Extension-Kernel weiter anzupassen und dadurch die Auswirkungen von OS-Jitter abzufangen. So werden sich JuRoPA und HPC-FF schon bald durch optimale Leistung und Stabilität auszeichnen.

„Linux ist der Standard im Bereich Hochleistungscomputing“, erklärt Prof. Dr. Dr. Lippert. „Mit SUSE Linux Enterprise erhalten wir nicht nur eine zuverlässige Grundlage für unsere Supercomputer, sondern auch erstklassigen Support, der dauerhafte Produktivität gewährleistet.“

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