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JULIA und JURON: Pilotsysteme für einen interaktiven Superrechner

Das Jülich Supercomputing Centre hat Ende September 2016 zwei neue Pilotsysteme für einen interaktiven Superrechner in Betrieb genommen. Die Systeme – JULIA vom Hersteller Cray sowie JURON von IBM und NVIDIA – sind speziell für Anwendungen aus den Neurowissenschaften ausgelegt. Die Installation und Testphase sind Teil eines speziellen Ausschreibungsverfahrens des europäischen Human Brain Projects (HBP).

Gesucht wird ein Rechner mit einer Spitzenleistung von zunächst 50 Petaflops und einer Speicherkapazität von 20 Petabyte, mit dem sich großskalige Hirnsimulationen interaktiv visualisieren und steuern lassen.

Zwei Konsortien haben ihre jeweiligen Lösungsvorschläge im Jülich Supercomputing Centre (JSC) installiert. Jülicher Wissenschaftler und ihre Kollegen vom HBP testen nun, wie leistungsfähig beide Systeme sind und wie gut sie die gewünschten Funktionen erfüllen.

JULIA und JURON umfassen jeweils zwei Racks, die auf ein gemeinsames Speichermodul zugreifen werden.

JULIA (Cray)

Cray setzt im Rechner JULIA (abgeleitet aus JUelich und GLIA, einem Zelltypen des Nervensystems) auf neue Prozessor- und Netzwerktechnologie von Intel. Um mehr Speicher im System anbieten zu können, wurden spezielle DataWarp Knoten integriert, die über sehr viel nicht-flüchtigen Speicher verfügen. Anfang 2017 sollen die Ergebnisse beider Ansätze begutachtet werden.

JURON (IBM/NVIDIA)

Bei JURON (abgeleitet aus JUelich und NeuRON) verwenden IBM und NVIDIA ganz neue Tesla-Grafikprozessoren der Generation Pascal, die aufgrund der NVLink-Technologie besonders schnell untereinander und mit dem POWER8 Prozessor von IBM kommunizieren können.

Beide konkurrierenden Konsortien setzen mit ihren Konzepten auf schnelle Rechnertechnologien, die teilweise noch gar nicht auf den Markt sind.

6 Racks: 2 von JULIA, 2 des gemeinsam genutzten Speichersystems, 2 von JURONDie zwei neuen Pilotsysteme für einen interaktiven Superrechner, die am Jülich Supercomputing Centre installiert werden: JULIA vom Hersteller Cray (links) sowie JURON von IBM und NVIDIA (rechts). In der Mitte steht das Storage System, auf das beide Pilotsysteme zugreifen. Die beiden Systeme sind speziell für Anwendungen aus den Neurowissenschaften ausgelegt. Die Installation und Testphase sind Teil eines speziellen Ausschreibungsverfahrens des europäischen Human Brain Projects.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Zeitraffervideo vom Aufbau

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Funktionstests

Um die Pilotsysteme auf ihre Eignung zu testen, nutzen die Wissenschaftler und ihre HBP-Kollegen zum Beispiel die Simulationssoftware NEST, die Jülicher Wissenschaftler um Prof. Markus Diesmann vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-6) gemeinsam mit Hirnforschern aus aller Welt beständig weiterentwickeln. NEST ermöglicht Simulationen von neuronalen Netzwerken im Gehirn. Die entstehenden Daten sollen auf den neuartigen Supercomputern direkt analysiert und mit experimentellen Daten verglichen werden können. Für diese Aufgabe entwickelt eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern um Prof. Sonja Grün (INM-6) zusammen mit dem Simulation Laboratory Neuroscience des JSC die Software Elephant weiter. Zum Einsatz kommen auch Methoden zur Daten- und Bildanalyse, die Jülicher Forscher um Prof. Katrin Amunts vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1) entwickeln. Hier geht es unter anderem um dreidimensionale Modelle des menschlichen Gehirns wie etwa das "BigBrain" sowie Karten zu den Verbindungen verschiedener Hirnregionen.

Schlüsselelement für die Hirnforschung

Supercomputer bei solchen Anwendungen interaktiv bedienen zu können, gilt als Schlüsselelement für die Hirnforschung von morgen. Bislang arbeiten Superrechner Aufträge weitgehend autonom ab. Künftig soll es Wissenschaftlern aber möglich sein, in die Abläufe einzugreifen und sie interaktiv zu steuern. Dadurch müssen im Rechner noch einmal deutlich mehr Daten verarbeitet werden, als die enormen Mengen, die ohnehin bei Simulationen des menschlichen Gehirns anfallen. Die besondere Herausforderung für den künftigen Rechner: Die zusätzlichen Daten müssen parallel zur Hauptanwendung in kurzer Zeit analysiert und auch visualisiert werden.

Pre-Commercial Procurement (PCP)

Beide Systeme dienen der Evaluierung von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rahmen einer sogenannten vorkommerziellen Auftragsvergabe, auch Pre-Commercial Procurement (PCP) genannt. Das Human Brain Project hat dieses spezielle, von der Europäischen Kommission geförderte Ausschreibungsverfahren gewählt, um geeignete Technologielösungen für einen künftigen Höchst­leistungs­rechner im Bereich Hirnforschung zu finden. Das Verfahren hatte im April 2014 begonnen und soll 2017 abgeschlossen sein. Mit diesem Vergabeverfahren soll die Entwicklung von Technologien gefördert werden, die in zukünftige Produkte integriert werden. Das Forschungszentrum Jülich erhofft sich davon, dass so für den Aufbau der "HBP High Performance Analytics & Computing Platform" geeignete Lösungen auf den Markt kommen.

Weitere Informationen zu den Pilotsystemen:

JULIA-Pilotsystem (Cray)

JURON-Pilotsystem (IBM/NVIDIA)

Übersicht über die Aufstellung der Rechner (PDF)

Weitere Informationen zum Human Brain Project

Human Brain Project Website


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