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29. Juli 2013

Das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften konnte in den letzten Wochen Mittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) in Höhe von fast einer Million Euro für Projekte einwerben, die eine der größten Herausforderungen des Höchstleistungsrechnens lösen sollen: die Begrenzung des Energieverbrauchs zukünftiger Superrechner. 

Schon heute stellt der Energieverbrauch für den Betrieb und die Kühlung der Systeme eine große Herausforderung für die Betreiber von Höchstleistungsrechenzentren dar. Das LRZ beschritt mit den warmwassergekühlten Rechnern SuperMUC und CooLMUC gemeinsam mit den Herstellern Neuland. Die Erfahrungen und die Expertise des LRZ werden jetzt in die beiden vom BMBF geförderten Projekte „FEPA“ und „SIMOPEK“ eingebracht.

Das BMBF fördert in beiden Projekten insgesamt vier Projektstellen für wissenschaftliche Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen, die Fördersumme beträgt allein für das LRZ in den nächsten drei Jahren hierfür 775.000 Euro. Diese Förderung zeigt deutlich die Expertise des LRZ im Bereich „Energieeffizientes Supercomputing“, die mittlerweile nicht nur national, sondern auch international Anerkennung findet.
An den jeweiligen Projektkonsortien sind neben dem LRZ auch das Regionale Rechenzentrum der Universität Erlangen, das Fraunhofer Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen sowie die Firmen IBM, NEC und SorTech beteiligt.

Projekt SIMOPEK
Die Reduzierung des Energieverbrauchs von Rechenzentren ist heute schon ein wichtiges Thema, das mit der nächsten Supercomputer-Generation (Exascale Computing) kritisch für die Wirtschaftlichkeit wird. Das Hauptziel des Vorha-bens „Simulation und Optimierung des Energiekreislaufs von Rechenzentrums-Klimatisierungsnetzen unter Berücksichtigung von Supercomputer-Betriebsszenarien“ (SIMOPEK) ist die Optimierung der Energieeffizienz von Höchstleistungsrechenzentren. Dies soll durch die Entwicklung von Methoden und Software zur Modellierung und Simulation der Energiekreisläufe unter Einbeziehung des dynamischen Systemverhaltens erfolgen. Auch neue technische Komponenten und Konzepte zur Wiederverwertung der erzeugten Abwärme werden dabei exemplarisch für unterschiedliche Technologien berücksichtigt.

Für das Projekt werden die beiden Höchstleistungsrechner SuperMUC und CooLMUC am LRZ untersucht. Diese werden mit „High Temperature Liquid Cooling“ (HTLC), also mit Warmwasserkühlung, betrieben. Der entsprechende Energiekreislauf wird im Detail untersucht und optimiert. Im Projekt wird so zum ersten Mal ein Rechenzentrum als Ganzes betrachtet, nämlich als Einheit aus seiner Infrastruktur, externen Einflussfaktoren, Rechenzentrumszielen, Betriebsszenarien und Rechnerverhalten. Einsparungen in Höhe von mehreren Millionen Euro über Fünfjahreszeiträume (Rechnerlebenszeit) scheinen in der Praxis möglich.

Das SIMOPEK-Team besteht aus innovativen Kompetenzzentren von Wissenschaft und Industrie, namentlich: LRZ, Fraunhofer Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen (SCAI), IBM Deutschland GmbH, und SorTech AG. Assoziierte Partner sind die Johnson Controls System & Service GmbH, die E.W. Gohl GmbH und das Gauss Centre for Supercomputing (GCS).
Im Anschluss an das Projekt sollen Weiterentwicklungen von SIMOPEK auch für die Planung neuer Rechenzentren eingesetzt werden, wobei insbesondere variables Lastverhalten, verschiedene Kühlungstechnologien und innovative Konzepte zur Abwärmenutzung berücksichtigt werden können. Eine Ausweitung auf weitere Anwendungen im Energiemanagement ist ebenfalls geplant.

Projekt FEPA
Während sich das Projekt SIMOPEK auf die Rechner und das Gebäude konzentriert, liegt der Fokus des Projekts FEPA auf den Anwendungen, die auf den Rechnern laufen. Bei FEPA geht es um ein „Flexibles Framework zur Energie- und Performanceanalyse hochparalleler Applikationen im Rechenzentrum“. Gemeinsam mit dem Regionalen Rechenzentrum Erlangen (RRZE) und dem Industriepartner NEC Deutschland GmbH wird bei dem Projekt eine Monitoringsoftware zur systematischen Effizienzanalyse der Anwendungen in Abhän-gigkeit vom verwendeten Rechnersystem entwickelt. Neben der gezielten Optimierung von Performance und Energieverbrauch kritischer Applikationen sollen Erkenntnisse gewonnen werden, die eine Senkung des Energieverbrauchs durch angepasste Ausführungs-Modalitäten (Frequenzanpassung, Nutzung weniger Cores/Sockel, etc.) bei vertretbaren Laufzeit-Zugeständnissen ermöglichen. Am LRZ wird im Rahmen des Projektes FEPA u.a. das bereits jetzt im Betrieb eingesetzte Monitoring-Tool „PerSyst“ weiterentwickelt. „PerSyst“ wurde während des BMBF-Projektes ISAR entwickelt, das 2011 erfolgreich abgeschlossen wurde.

Beide Projekte, SIMOPEK und FEPA, haben eine Laufzeit von drei Jahren

„Das LRZ bringt seine umfangreichen Erfahrungen und Kenntnisse auf dem Gebiet der Energieeffizienz im Höchstleistungsrechnen in die beiden Projekte FEPA und SIMOPEK ein. Weltweit gehört das LRZ zu den ersten und führen-den Rechenzentren, die sich der großen Herausforderung stellen, die Rechenleistung zukünftiger Supercomputer auch weiterhin exponentiell zu steigern und dabei den Energiebedarf nur moderat zu erhöhen und deshalb finanzierbar zu halten. Mit allen Projektpartnern verbindet uns eine langjährige, erfolgreiche Zusammenarbeit. Wir sind sicher, gemeinsam einen wesentlichen Schritt zu energieeffizientem Supercomputing im zukünftigen Exaflops-Bereich zu gehen“, so Prof. Dr. Arndt Bode, Direktor des LRZ.