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Intelligenter Speicher-Booster für große Datenmengen

Supercomputing Conference 2013 (SC13, 17. -22. November) in Denver: Weltweit erste Installation eines Blue Gene Active Storage (BGAS)-Systems an Europas schnellstem Superrechner JUQUEEN vorgestellt – Anwendungen aus der Hirnforschung profitieren

Jülich / Denver, 18. November 2013 – Die Lösung komplexer Simulationsaufgaben hängt zunehmend von der Fähigkeit ab, große Datenmengen verwalten und speichern zu können. Auf diesen Aspekt zielt ein neues Speicherkonzept, das Jülicher Experten mit IBM im gemeinsam betriebenen Exascale Innovation Center (EIC) entwickelt haben. Auf der weltweit größten Supercomputing-Konferenz, der SC13 in Denver, stellen sie eine erste Installation dieses sogenannten Blue Gene Active Storage am Jülich Supercomputing Centre (JSC) vor. Das BGAS-System soll Europas schnellsten Superrechner JUQUEEN noch besser für datenintensive Anwendungen – insbesondere aus der Hirnforschung – zugänglich machen.

Simulationen auf Supercomputern sind heute ein unverzichtbares Hilfsmittel für Wissenschaftler, um aktuelle wissenschaftliche Herausforderungen in ihrer enormen Komplexität anzugehen. Die damit einhergehende Datenflut gerät zu einem immer gewichtigeren Faktor, der die Durchführung der Berechnungen erschwert. Große Festplattensysteme bieten zwar ausreichend Kapazität, um die anfallenden Informationen außerhalb des High-Performance-Clusters, auf dem die Berechnungen laufen, abzuspeichern. Die typischerweise langsamen Übertragungsraten ermöglichen aber nur einen eingeschränkten Zugriff auf die abgelegten Daten.

"Hochkomplexe Simulationen wie zum Beispiel in der Hirnforschung erzeugen umfangreiche Datenmengen, die sich mit konventionellen Methoden nicht mehr verarbeiten lassen. Neue Ein-/Ausgabekonzepte sind daher eine der wichtigsten Voraussetzungen, um mithilfe von Höchstleistungsrechnern neue Forschungsergebnisse auf diesen Gebieten zu erzielen", erläutert der Direktor des JSC, Prof. Thomas Lippert.

Blue Gene Active StorageDrawer des Blue Gene Active Storage mit acht sogenannten HS4-Karten (hinten rechts), insgesamt wurden vier solcher Einheiten verbaut.

Das Konzept des "aktiven Speichers" (engl. "active storage") trägt dem rasant gestiegenen Datenaufkommen Rechnung. Die Idee dahinter: In einem derartigen Speichersubsystem ist auch Prozessorleistung integriert. Damit ist es beispielsweise in der Lage, große Datensätze zu verarbeiten und zu reduzieren, bevor diese auf Datenträger geschrieben werden – und so den Zugriff deutlich zu beschleunigen. Ergänzend kommen extrem schnelle, nicht-flüchtige Flash-Speichermedien – in Jülich mit einer Kapazität von insgesamt 64 Terabyte – zum Einsatz.

Neue Möglichkeiten für die Hirnforschung

Neurowissenschaftler werden als voraussichtlich erste Anwender von dem neu installierten Flash-Speichersystem am JSC profitieren. "Bei aufwendigen Simulationen auf Höchstleistungsrechnern fallen große Datenmengen an, die extern gespeichert werden müssen, um sie später analysieren zu können," erklärt der Jülicher Neurowissenschaftler Prof. Markus Diesmann. Er hat die bei den Simulationen eingesetzte, frei verfügbare Software NEST mitentwickelt, die weltweit genutzt wird.

Auf den gängigen Systemen war es bisher nicht möglich, alle wissenschaftlich relevanten Werte zu sichern. "Aufgrund des hohen Datendurchsatzes des BGAS gehen wir davon aus, erstmals all diese Daten auf JUQUEEN erfassen und mithilfe der integrierten Prozessorleistung analysieren zu können", so Diesmann. Darüber hinaus wird das neue Speichersystem auch den interaktiven Zugriff auf die gespeicherte Information erleichtern.

Ein Team um den Jülicher Wissenschaftler vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin hatte bereits im August dieses Jahres demonstriert, dass es die Leistungsfähigkeit der schnellsten derzeit verfügbaren Rechner für Hirnsimulationen vollständig ausschöpfen kann. Gemeinsam mit japanischen Partnern hatten sie ein neuronales Netzwerk bisher unerreichter Komplexität auf dem K Supercomputer in Japan berechnet, das 1,7 Milliarden Nervenzellen umfasst (siehe auch Pressemitteilung vom 2. August 2013).

Weitere Informationen

Pressemitteilung vom 2. August 2013, "10,4 Billionen Synapsen auf K Supercomputer simuliert"

Blue Gene Active Storage

Das in Jülich installierte BGAS-System besteht aus 32 Rechenknoten, die jeweils mit einer PCIe-Karte ausgestattet sind, die je einen 2 TByte großen SLC NAND Flash-Speicher enthalten. Die einzelnen Knoten sind miteinander über ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk zu einem dreidimensionalen Torus verknüpft. Darüber hinaus ist jeder Knoten direkt mit dem Jülicher Blue Gene/Q-System JUQUEEN sowie einem externen Festplattenspeicher verbunden.

Dokumentation Workshop "Blue Gene Active Storage", Januar 2013

Exascale Innovation Center (EIC)

Im Exascale Innovation Center (EIC ) arbeiten Wissenschaftler des JSC gemeinsam mit Experten von IBM in Böblingen daran, neue Technologien für Hard- und Software zu entwickeln, die speziell auf die Erfordernisse von Höchstleistungsrechner der nächsten Generation zugeschnitten sind. Langfristiges Ziel ist der Aufbau eines Rechners der Exascale-Klasse um 2020.

Mehr über das Exascale Innovation Center (EIC)

Supercomputer JUQUEEN

JUQUEEN ist der erste Supercomputer Europas mit einer maximalen Rechenleistung von über 5 Petaflops – das entspricht über 5 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde. Das BlueGene/Q-System von IBM wurde im Laufe des Jahres 2012 bis Anfang 2013 schrittweise auf 28 Racks und eine maximale Rechenleistung von 5,9 Petaflops ausgebaut. Der Jülicher Höchstleistungsrechner wird ausschließlich für wissenschaftliche Zwecke verwendet und steht Forschern verschiedener Fachgebiete – unter anderem Neurowissenschaftlern, Biologen, Energie- und Klimaforschern sowie Quantenphysikern – zur Verfügung.

Bildergalerie
Technische Informationen
Mehr über JUQUEEN
Simulationswerkzeug NEST (nest-initiative.org)

Ansprechpartner:

Prof. Dirk Pleiter
Jülich Supercomputing Centre (JSC)
Tel. 02461 61-9327
d.pleiter@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Tobias Schlößer
Unternehmenskommunikation
Tel. 02461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de


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