SuperMUC aus Garching 16.04.2014, 13:37 Uhr

Hochleistungsrechner schafft über eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde

Der Hochleistungsrechner SuperMUC des Leibniz Rechenzentrums in Garching hat erstmals die Grenze einer Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde geknackt. Das entspricht einer Eins mit 15 Nullen. Möglich wird diese irrwitzige Geschwindigkeit durch den Einsatz von 147.456 Rechenkernen und einem Arbeitsspeicher von 340 Terabyte. 

SuperMUC arbeitet mit 147.456 Rechenkernen. Die erreichte Rekordmarke ist keinesfalls die Grenze des Superrechners. Laut Leibniz Rechenzentrum sollen drei Petaflops möglich sein. 

SuperMUC arbeitet mit 147.456 Rechenkernen. Die erreichte Rekordmarke ist keinesfalls die Grenze des Superrechners. Laut Leibniz Rechenzentrum sollen drei Petaflops möglich sein. 

Foto: Leibniz Rechenzentrum

Mit einer Rechenleistung von 1,09 Petaflop pro Sekunde stellte jetzt der Höchstleistungsrechner SuperMUC des Leibniz Rechenzentrums der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (LRZ) einen neuen Rekord auf. Ein Petaflop sind eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde. Das entspricht eintausend Mal einer Billion oder einer Eins mit 15 Nullen. 

Der Rekord an Rechenpower ist das Resultat einer Gemeinschaftsarbeit von Informatikern, Mathematikern und Geophysikern der Technischen Universität München (TUM) und der Ludwig-Maximilian-Universität München (LMU). Das interdisziplinäre Team hat mit Unterstützung durch das LRZ die an der LMU entstandene Erdbebensimulationssoftware Seissol auf dem SuperMUC so effizient optimiert, dass die Marke von einem Petaflop pro Sekunde geknackt wurde.

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Auf SuperMUC läuft eine rechenintensive Software zur Erdbebensimulation

Die Erdbebensimulationssoftware Seissol ermöglicht es, Bruchprozesse und seismische Wellen im Untergrund der Erde zu erforschen. Die Wissenschaftler simulierten auf SuperMUC die Schwingungen im Inneren des Vulkans Merapi auf der Insel Java.

Ziel dieser Simulationen ist es, Erdbeben möglichst realistisch zu simulieren, um auf zukünftige geologische Ereignisse besser vorbereitet zu sein und um die zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen. Die Berechnung dieser Simulationen ist jedoch so komplex, dass selbst Hochleistungsrechner wie der SuperMUC rasch an ihre Grenzen stoßen.

Visualisierung von Schwingungen im Inneren des Vulkans Merapi. Dafür zuständig ist die modifizierte Erdbebensimulationssoftware Seissol. 

Visualisierung von Schwingungen im Inneren des Vulkans Merapi. Dafür zuständig ist die modifizierte Erdbebensimulationssoftware Seissol. 

Quelle: Technische Universität München/Alex Breuer

Deshalb haben die Arbeitsgruppen um Dr. Christian Pelties vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU und Professor Michael Bader vom Institut für Informatik der TU München das Programm Seissol so an die Parallelrechenstruktur des Garchinger Hochleistungsrechner Super MUC angepasst, dass die Berechnungen um den Faktor fünf schneller wurden. 

„Dank der nun möglichen hohen Rechenleistungen können wir fünf Mal so viele oder größere Modelle durchrechnen und erreichen deutlich präzisere Ergebnisse. Unsere Simulationen kommen so der Realität immer näher“, sagt Pelties. „Damit wird es möglich, viele grundlegende Mechanismen von Erdbeben besser zu verstehen, um hoffentlich besser auf zukünftige Ereignisse vorbereitet zu sein.“

1,09 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde über volle drei Stunden

Am Ende hatten die Forscher alle 70.000 Codezeilen von Seissol so gezielt optimiert, dass das Programm geschmeidig mit der parallelen Architektur des Superrechners am LRZ harmonierte.

So präpariert konnte es los gehen: Um Vibrationen innerhalb des geometrisch sehr komplizierten Vulkans Merapi zu simulieren, führte der Supercomputer 1,09 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde durch. Das optimierte Programm Seissol konnte diese ungewöhnlich hohe Rechenleistung über die gesamte Laufzeit der Simulation von drei Stunden halten und nutzte dabei alle 147.456 Rechenkerne des SuperMUC.

Das optimierte Seissol-Programm führte den SuperMUC zwar zu diesem neuen Rechenrekord, reizte das Potential des Rechners aber nur zu 44,5 Prozent aus. Denn SuperMUC kann in der Theorie 3,2 Petaflops pro Sekunde schaffen. Trotzdem gehört das Programm mit diesem Rechenrekord schon jetzt weltweit zu den effizientesten Simulationsprogrammen seiner Art. Die Ergebnisse der Simulationen werden die Wissenschaftler im Juni auf der International Supercomputing Conference in Leipzig vorstellen.

Im nächsten Schritt sollen Simulationen von Erdbeben durchgeführt werden, die sowohl den Bruchprozess auf der Meterskala, als auch die dadurch erzeugten zerstörerischen seismischen Wellen berücksichtigen, die sich über hunderte Kilometer ausbreiten. 

„Die Beschleunigung der Simulationssoftware um einen Faktor Fünf ist nicht nur für die geophysikalische Forschung ein wichtiger Fortschritt“, sagt Professor Michael Bader vom Institut für Informatik der TU München. „Zugleich bereiten wir die verwendeten Methoden und Softwarepakete schon für die nächste Generation von Supercomputern vor, auf denen entsprechende Simulationen routinemäßig für verschiedene Anwendungen in den Geowissenschaften eingesetzt werden sollen.“

SuperMUC ist schnellster Supercomputer in Europa

Der SuperMUC wurde im Juni 2012 bei der International Supercomputing Conference in Hamburg als schnellster Supercomputer in Europa ausgezeichnet. Gut einen Monat später wurde er offiziell durch die Bundesministerin für Bildung und Forschung Annette Schavan eingeweiht. Zu diesem Zeitpunkt war der SuperMUC der viertschnellste Rechner der Welt. 

Der SuperMUC verfügt über 18.432 Intel-Xeon-E5-2680 CPUs und 820 Intel-Xeon-E7-4870-CPUs und einen Arbeitsspeicher von 340 Terabyte. Er bietet einen permanenten Plattenspeicher von vier Petabytes, das entspricht in etwa 3.400 der heute gängigen SATA-Festplatten zu je zwei Terabyte. SuperMUC setzt auf eine Linux-Distribution als Betriebssystem. Das MUC bezieht sich übrigens auf den IATA-Code des Münchner Flughafens, also die internationalen Abkürzung des Flughafens.

Ein Beitrag von:

  • Detlef Stoller

    Detlef Stoller ist Diplom-Photoingenieur. Er ist Fachjournalist für Umweltfragen und schreibt für verschiedene Printmagazine, Online-Medien und TV-Formate.

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