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8. März 20061
JUBL IBM Blue Gene/L im Forschungszentrum JülichAuf dem Weg zum Peta-Computer in Europa
Prof. Dr. Dr. Thomas LippertForschungszentrum Jülich
8. März 20062 Thomas Lippert
8. März 20063 Thomas Lippert
8. März 20064 Thomas Lippert
JUBLJülicher Blue Gene/L
16384 Prozessoren16384 Prozessoren45.6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde45.6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde
Platz Platz 11 aller Rechner in Europa aller Rechner in Europa
= = 45.645.6 Teraflop/s Teraflop/s= = 45.645.6 Teraflop/s Teraflop/s
8. März 20065 Thomas Lippert
IBM Blue Gene-Philosophie Paradigmenwechsel im Supercomputing
Unser GehirnUnser Gehirnniedrige Frequenzhochparallelkompaktgeringe Abwärme
Blue Gene-Prinzip:Blue Gene-Prinzip:kleine Frequenz verringert Abwärme ( f f22) gigantische Leistung ( f f) mit tausenden von synchronisierten Prozessoren
Quellen: Ray Kurzweil, Hans Moravec
KompaktKompakt, da Licht nur ca. 40 cm pro Takt schafft
8. März 20066 Thomas Lippert
Blue Gene/L-ArchitekturEin Konzept für Peta-Computing?
180 Gigaflop/s
Node Book = 64 CPUs45.6 Teraflop/s
JUBL= 8 Racks = 16348 CPUs
5.6 Teraflop/s
Rack = 2048 CPUs
Blue Gene /P:Petaflop/s bis 2008
1 Billiarde Operationenpro Sekunde
Blue Gene /L:Parallelcomputingan der Spitze destechnisch Möglichen
Card = 4 CPUs
11.2 Gigaflop/s
5.6 Gigaflop/s
Node = 2 CPUs
8. März 20067 Thomas Lippert
Helmholtz-GemeinschaftZukunftsgestaltung für unsere Gesellschaft
JUBL ist zentraler Bestandteil des neuen
Helmholtz-Supercomputer- und Grid-
Konzeptes
Lösung von “Grand Challenges”
Erforschung von Systemen größter Komplexität
Bereitstellung von Schlüsseltechnologien Supercomputer
8. März 20068 Thomas Lippert
FZJGrand Challenges und Supercomputing
WissenschaftlichesRechnen
PhysikPhysik der kondensierten Materie
InformationInformationNanoelektronische
Elemente und Systeme
UmweltUmweltBio-Geo-Systeme
GesundheitGesundheitBio- und Neuro-wissenschaften
EnergieEnergieEnergieerzeugung
der Zukunft
8. März 20069 Thomas Lippert
John von Neumann-Institut für Computing
• Fakten
• Erstes deutsches Höchstleistungsrechenzentrum (seit 1987)
und größtes Zentrum der Computational Science in Europa
• 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 200610 Thomas Lippert
Bandbreite der Simulationsprojekte am NIC
BiophysikGesundheit
GeophysikKlima
UmweltTechnik
Materialwissenschaft Chemie
TeilchenphysikStruktur der Materie
EnergieNachhaltigkeit
EnergiePlasmaphysik
AstrophysikKosmologieAstrophysikKosmologie
Superstrings und fundamentale Theorien
8. März 200611 Thomas Lippert
Vom Atom zur Nanostruktur Materialwissenschaft am FZJ
• 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
1982: 1 AT/unit cell1982: 1 AT/unit cell
1988: 2 AT/unit cell1988: 2 AT/unit cell
2001: 4 AT/unit cell2001: 4 AT/unit cell
2006: 15 AT/unit cell2006: 15 AT/unit cell
Prof. Stefan Blügel et al. (FZJ) Dr. Eva Pavarini, Dr. Erik Koch
8. März 200612 Thomas Lippert
Simulation der OzonschichtAtmosphären- 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)
8. März 200613 Thomas Lippert
Laser-beschleunigte ProtonenLaser-Plasma-Simulation am FZJ
Prof. Paul Gibbon, FZJ
Petawatt-Laser10 Milliarden Grad heiße
Elektronen
TumorbehandlungFusion
Teilchenbeschleuniger
8. März 200614 Thomas Lippert
GrundwasserverschmutzungGeophysik am FZJ
Prof. Harry Vereecken, FZJ
8. März 200615 Thomas Lippert
Vom Protein zur ZelleBiophysik am FZJ
Verständnis von Proteinen und Zellen
JUBL Großprojekt “Blue Cell” Petaflop/s
Prof. Uli Hansmann (FZJ), Dr. A. Baumgärtner (FZJ)
• Reaktionsnetzwerke von Biomolekülen in der Zelle (Systembiologie) • Fehlfaltung von Proteinen (Alzheimer)• Transport von Proteinen durch Membranen• Docking
8. März 200616 Thomas Lippert
Bedarf in Deutschland(Angaben in Teraflop/s)
Forschungsbereich 2005-2007 2007-2009 2010
Klima- und Erdsystemforschung 20 50-100 >500
Geophysik 1 10-100 >1000
Nanoelektronik und -technologie 1 10-50 >200
Festkörperphysik 1 50-100 >1000
Strömungsmechanik 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
Biophysik und Bioinformatik 3-15 15-80 >1000
Plasmaphysik 10 50 >500
Quelle: A.Bode, W. Hillebrandt und Th. Lippert: Studie „Petaflop-Computing mit Standort Deutschland im europäischen Forschungsraum“ für das BMBF (2005)
8. März 200617 Thomas Lippert
Multi-Gigabit
Backend Network
Globales File-System
General PurposeRechner
>50 Teraflop/s
HochskalierenderRechner
>250 Teraflop/s
Multi-PetaByteBand-Archiv
…
SLQCD
SLNanoscience
+MolecularMaterials
SLGeosphere
SLBiology
SLNeuroscience
NICTeams
SupportSuper Computing
John von Neumann-Institut (NIC)John von Neumann-Institut (NIC)
Topical CenterGridKa
Topical CenterDESY/NIC
Topical CenterGSI/NIC
Topical CenterNIC
Topical CenterIME/FZJ
Topical CenterICG/FZJ
Topical CenterIFF/FZJ
Topical CenterAWI
Das integrierte Helmholtz-Konzept(Ausbau 2007)
8. März 200618 Thomas Lippert
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
Kooperation mitIBM Böblingen
ParTec GmbH MünchenPathScale Inc. USA
FZ-Jülich
Kooperation mit IBM Watson Research
Centre inYorktown Heights
FZJ will Mitglied des Cell-Konsortiums
werden. Bau eines Cell-basierten SuperrechnersFZJ, IBM, Universitäten
8. März 200619 Thomas Lippert
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
8. März 200620 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 2007Ausbau des dualen Rechnerkonzeptes • 250 Teraflop/s HS• 50 Teraflop/s GP Deutschland bleibt mit NIC in Führung in Europa
• 3. Schritt 2009/10Europäischer Ausbau des NIC• 2 Petaflop/s HS• 400 Teraflop/s GP Die führenden Experten Europas sollen in Deutschland rechnen!
Beste Voraussetzungen, ein europäisches
Zentrum nach Deutschland zu
holen