Neuer Hochleistungsrechner am DKRZ nimmt Betrieb auf

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Levante - das neue, vierte Hochleistungsrechnersystem für die
Erdsystemforschung (HLRE-4) - nimmt am 3. März 2022 in der ersten
Ausbaustufe seinen Betrieb am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) auf. Der
Supercomputer, der wie sein Vorgänger “Mistral” von der Firma Atos
bereitgestellt wird, vervierfacht mit 14 PetaFLOPS die Rechenleistung am
DKRZ..

Damit können Forscherinnen und Forscher auf dem DKRZ-System zukünftig z.B.
mehr oder längere Simulationen mit besonders hoch aufgelösten globalen
Klima- und Erdsystemmodellen durchführen. Solche Modelle erlauben erstmals
eine rein physikalische Darstellung wichtiger kleinräumiger Klimaprozesse,
während diese in den bisher eingesetzten, wesentlich gröberen Modellen
parametrisiert werden müssen. Weiterhin können so kleinräumige
Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozean und den weiteren Teilen des
Systems Erde berücksichtigt werden.

Eine wichtige Anwendung der Klimamodellierung ist es, mögliche
Klimaänderungen für den Verlauf dieses Jahrhunderts zu projizieren und für
verschiedene Szenarien zu untersuchen. Bisher konnten Simulationen mit
solchen hochauflösenden Klimamodellen allerdings nur für sehr kurze
Zeiträume von wenigen Monaten eingesetzt werden. Längere
Simulationszeiträume erfordern deutlich mehr Rechenzeit und
Speichervolumen – welche das DKRZ nun durch Levante zur Verfügung stellen
kann. Atos liefert dafür mit BullSequana eine effiziente Lösung zum
Berechnen und Speichern der Simulationsergebnisse.

„Das neue System bildet die Basis unserer Dienstleistungen. Die
leistungsfähigen neuen Systeme sind ein besseres Werkzeug für die
Forschung, und damit auch für die Risikoabschätzung des Klimawandels für
Gesellschaft und Ökologie. Am DKRZ wird der wesentliche deutsche Anteil an
den Klimasimulationen gerechnet, die zu den IPCC-Berichten beitragen”,
äußert sich Prof. Thomas Ludwig, Geschäftsführer des DKRZ, und fügt hinzu:
„Wie auch beim Vorgängermodell legen wir Wert auf hohe Energieeffizienz.
Das System verfügt über eine Hochtemperaturflüssigkeitskühlung, und ein
Anteil der Abwärme wird im Nachbargebäude der Universität in die
Heizungsanlage eingespeist.”

„Die Systeme am DKRZ stellen die wichtigste Infrastruktur für unsere
Forschung am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) dar”, sagt Prof.
Jochem Marotzke, Direktor der Abteilung „Ozean im Erdsystem” am MPI-M.
„Erste Tests haben bereits gezeigt, dass Levante uns deutlich schneller
zur Lösung bringt als sein Vorgängersystem.”

„Levante ist ein Meilenstein in der wissenschaftlichen Datenverarbeitung,
da nun mehr Klimasimulationen mit hochaufgelösten Modellen, z.B. mit einer
Gitterauflösung von 2,5 km, und für Zeiträume von mehreren Jahrzehnten
möglich werden   was der Klimawissenschaft gestattet, wissenschaftliches
Neuland zu betreten”, sagt Prof. Bjorn Stevens, Direktor der Abteilung
„Atmosphäre im Erdsystem” am MPI-M. „Wir freuen uns sehr auf die
Zusammenarbeit mit dem DKRZ-Team und in der deutschen
Klimaforschungsgemeinschaft, um dieses Neuland zu erforschen.”

TECHNISCHE SPEZIFIKATION VON LEVANTE

Die CPU-Partition von Levante umfasst 2.832 Rechnerknoten mit jeweils zwei
Prozessoren, die zusammen eine Spitzenrechenleistung von 14 PetaFLOPS
liefern. Das sind 14 Billiarden mathematische Operationen pro Sekunde. Das
System ist mit der dritten Generation von Prozessoren des Typs AMD EPYC
ausgestattet, die jeweils über 64 Prozessorkerne verfügen. Der gesamte
Hauptspeicher des Systems umfasst mehr als 800 Terabyte; das entspricht
dem Hauptspeicher von etwa 100.000 Laptops. Um unterschiedliche
Anforderungsklassen abzudecken, verfügen die Einzelsysteme, aus denen der
Supercomputer zusammengesetzt ist, über Hauptspeichergrößen zwischen 256
und 1.024 Gigabyte.

Zusätzlich zu den klassischen Prozessoren erhält Levante im Sommer eine
Partition mit 60 GPU-Knoten, die gemeinsam eine Spitzenrechenleistung von
2,8 PetaFLOPS haben. Jeder GPU-Knoten ist mit zwei AMD-EPYC-Prozessoren
sowie vier NVIDIA-A100-Grafikprozessoren (GPUs) ausgestattet, wobei 56
GPU-Knoten über GPUs mit 80 Gigabyte, und vier Knoten über GPUs mit 40
Gigabyte Grafikspeicher verfügen.

Diese zunehmend heterogene Hardware-Architektur stellt die
wissenschaftliche Software-Entwicklung vor sehr große Herausforderungen.
Das DKRZ wird seine Nutzerinnen und Nutzer darin unterstützen, ihre
Arbeitsmethoden (z.B. die Portierung von Programmcodes oder der Einsatz
Künstlicher Intelligenz) so anzupassen, dass sie diese Entwicklung im
Bereich des Hochleistungsrechnens nutzen können.

Zur Datenübertragung zwischen den Rechnerknoten und den
Speicherkomponenten nutzt Levante NVIDIA–Mellanox-InfiniBand-HDR-200G-
Technologie, mit der eine Datenübertragungsrate von bis zu 200 GBit/s
erzielt werden kann.

Für die Speicherung der berechneten Simulationsergebnisse ist Levante mit
einem etwa 130 Petabyte großen Speichersystem der Firma DDN ausgerüstet.
Damit steht nun mehr als das Doppelte des bisherigen Speicherplatzes zur
Verfügung. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Laptop mit 1 Terabyte
Festplattenplatz erreicht der Supercomputer etwa das 130.000-fache von
dessen Speicherkapazität.

Udo Littke, Geschäftsführer von Atos in Deutschland, sagt: „Wir freuen uns
sehr, dass der neue Supercomputer den Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftlern am DKRZ nun zur Verfügung steht. Mithilfe modernster
Komponenten in unserem BullSequana XH2000-System verfügt das DKRZ jetzt
über deutlich mehr Leistung und Speicher für anspruchsvolle
Klimasimulationen. Gleichzeitig konnten wir die Kosten pro
Rechentransaktion stark reduzieren. Das ist entscheidend, denn im Zuge
einer nachhaltigen digitalen Transformation der Wirtschaft und der
Wissenschaft gilt es, den Energieverbrauch in Rechenzentren stetig zu
verringern.”

FINANZIERUNG

Die Bereitstellung der Mittel erfolgt auf der Basis des im November 2017
geschlossenen Finanzierungsabkommens zwischen der Helmholtz-Gemeinschaft,
der Max-Planck-Gesellschaft und der Freien und Hansestadt Hamburg.
Insgesamt steht für das Projekt HLRE-4 ein Betrag von 45 Millionen Euro
bereit.