Hazel Hen: Zu Besuch bei Deutschlands schnellstem Supercomputer

Zum „Tag der Wissenschaft“ hat die Universität Stuttgart und damit auch das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart die Türen geöffnet. ComputerBase hat die Gelegenheit genutzt und einen Blick auf Hazel Hen, den schnellsten Supercomputer Deutschlands, geworfen.

Hazel Hen ist der schnellste Supercomputer Deutschlands

Hazel Hen besteht aus 41 XC40-Racks des Herstellers Cray. Jedes dieser Racks bringt 1,5 Tonnen auf die Waage, das Gesamtgewicht des Rechners beläuft sich somit auf 61,5 Tonnen. Die theoretische Rechenleistung von 7,4 PFLOPS wird durch 15.424 Prozessoren des Typs Intel Xeon E5-2680 v3 (Haswell-EP) mit insgesamt 185.088 Rechenkernen ermöglicht.

Im Linpack-Benchmark, der unter anderem für die Platzierung in der Top500-Liste der schnellsten Supercomputer herangezogen wird, erreicht das System rund 5,6 PFLOPS. Damit ist Hazel Hen seit 2015 der schnellste Supercomputer in Deutschland, der fünftschnellste im europäischen Raum und rangiert weltweit auf Platz 17.

Innerhalb eines der Racks ist Hazel Hen in sogenannte „Blades“ (Gehäuseeinheit) und „Nodes“ (Recheneinheit) gegliedert. In jedem Blade stecken vier Nodes. Jedes dieser Nodes verfügt über zwei Prozessoren mit jeweils zwölf Kernen und 128 GByte Arbeitsspeicher. Innerhalb der Racks sind keine persistenten Datenspeicher verbaut. Als Datenspeicher steht ein Lustre genannter Verbund mehrerer Server mit einer kumulierten Kapazität von 10 PByte zur Verfügung.

Sämtliche Datenzugriffe erfolgen über das per InfiniBand realisierte Netzwerk, das 64 Gbit/s Datendurchsatz ermöglicht. Sollen Daten über mehrere Jahre aufbewahrt werden, werden sie auf eine 1/2-Zoll-Kassette mit 700 Gigabyte Kapazität aufgespielt und mit Hilfe eines Roboterarms eingelagert. Dieser kann auf Wunsch die passende Kassette auch wieder heraussuchen.

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Stromverbrauch und Extremkühlung

In jedem der 41 Racks stecken 36 Netzteile, die jeweils eine Leistung von 3 kW erbringen können. Hazel Hens typischer Stromverbrauch liegt bei 3.000 kW, unter maximaler Last sind bis zu 3.700 kW möglich. Auf ein Jahr gerechnet entspricht das einem Verbrauch von 26 GWh. Bei einem Strompreis von 30 Cent pro kWh, wie ihn ein normaler Haushalt zahlen müsste, entspricht das Kosten von 780.000 Euro.

Von einer der Seiten jedes Blades wird kalte Luft hineingeblasen. Da die Prozessoren eines Nodes im Luftstrom hintereinander liegen, bekommt der hintere Prozessor wärmere Luft ab. Daher wurde die Kühlung so angepasst, dass der vordere Kühler über weniger Kühlfinnen als der hintere verfügt. So sollen alle Prozessoren eine ähnliche Temperatur halten können; dies ist insofern sinnvoll, da die Prozessoren parallel und somit möglichst gleich schnell arbeiten sollen.

Die heiße Luft wird anschließend durch Radiatoren heruntergekühlt. Das im Kreislauf befindliche Wasser erwärmt sich so auf rund 27 Grad Celsius. Dieses Wasser wird zum einen für das Heizen des Gebäudes verwendet und zum anderen durch vier Nasskühltürme mit jeweils 1.200 kW Kühlleistung heruntergekühlt.

Einsatz in Forschung und Industrie

Die Rechenleistung von Hazel Hen kommt nicht nur den Forschern der Universität Stuttgart, die sich direkt am Höchstleistungszentrum Stuttgart für Rechenzeit bewerben können, zugute. Wissenschaftler aus ganz Europa haben die Möglichkeit, sich über PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) für Rechenzeit zu bewerben. Unabhängig davon erfolgt die Annahme oder Ablehnung der Anträge über wissenschaftliche Gremien.

Die Anwendungszwecke von Hazel Hen in der Forschung sind vielseitig. So gehören neben Wettersimulationen und der Simulation energetischer Systeme auch die Leistungsanalyse und Optimierung von Rechnersystemen zu den Einsatzgebieten.

Vermietung an Industrie

Neben dem Einsatzzweck der Forschung können auch Firmen einen Zugang zu Hazel Hen beantragen. Dafür kann über die Höchstleistungsrechner für Wissenschaft und Wirtschaft GmbH ein Zugang gemietet werden. Die Nutzung der Rechenzeit für militärische Zwecke ist allerdings untersagt. Neben der Universität Stuttgart gehören Porsche, T-Systems, das Karlsruher Institut für Technologie und das Land Baden-Württemberg zu den Gesellschaftern.

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