Ein Blog von Rudi Kulzer

Auf der Internationalen Supercomputing Conference (ISC) in Hamburg wurde der neue Superrechner „SuperMUC“ des Garchinger Leibniz Rechenzentrums der Bayerischen Akademie der Wissenschaftler zum derzeit schnellsten Rechner Europas gekürt.

In der aktuellen Top500-Liste, die im Rahmen der ISC veröffentlicht wurde, ist SuperMUC der neue leistungsfähigste Supercomputer Europas und der viertschnellste weltweit. SuperMUC wurde von IBM für das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften entwickelt.

Das System erreicht eine Spitzenleistung von 3 PetaFLOPS. Dies entspricht 3 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde (10E15). Trotzdem verbraucht es rund 40% weniger Strom als ein vergleichbares luftgekühltes System. Möglich wird dies durch eine innovative Warmwasserkühlung. Der Grundstein für diese Entwicklung wurde von Forschern von IBM Research – Zürich gelegt, unterstützt durch das deutsche IBM Entwicklungszentrum in Böblingen.

SuperMUC des Leibniz Rechenzentrum in Garching bei München Quelle: LRZ

SuperMUC ist ein IBM System x iDataPlex Direct Water Cooled dx360 M4 Cluster Er verfügt über insgesamt etwa 150.000 Rechenkerne, die eine Spitzenrechenleistung von drei PetaFLOPS erbringen. Dies entspricht der Leistung von mehr als 110.000 PCs.

Besonders System der Wasserkühlung

Eine Besonderheit des Systems ist seine Kühlung: Erstmals kommt bei SuperMUC in einem kommerziellen System eine innovative Wasserkühlung zum Einsatz, die den Gesamtenergieverbrauch des Rechners um 40% reduziert und ermöglicht, dass die entstehende Abwärme direkt für die Gebäudeheizung genutzt werden kann.

Heute entfällt bis zu 50% des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen eines durchschnittlichen luftgekühlten Rechenzentrums auf den Betrieb der notwendigen Kühlsysteme, die die Server vor Überhitzung schützen. Um diesen Verbrauch nachhaltig zu reduzieren, haben IBM Forscher in Zürich neuartige Wasserkühlsysteme für Computer erforscht. Wasser leitet Wärme rund 4000 mal besser als Luft.

Die Kühlkonzepte der IBM Forscher sind vom energetisch hocheffizienten menschlichen Blutkreislauf inspiriert: Ein ausgeklügeltes Kühlnetzwerk mit leistungsfähigen Mikrokanalkühlern führt die Wärme direkt dort ab, wo sie entsteht: am Chip. So kann der neue Computermit über 40°C warmem Wasser gekühlt werden und liefert gleichzeitig wertvolle Abwärme, die direkt für die Gebäudeheizung genutzt werden kann. Das wirkt sich auch auf die Betriebskosten aus: SuperMUC wird zu Einsparungen von rund 1 Million Euro pro Jahr führen.

Das Potenzial der innovativen Wasserkühltechnologien für die Forschung ist mit SuperMUC allerdings bei weitem noch nicht erschöpft. Dr. Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging bei IBM Research –Zürich und einer der Erfinder des SuperMUC-Kühlkonzepts, erklärt: „Unser Plan ist es, mittelfristig die Kühlstrukturen direkt auf die Rückseite der Prozessoren zu integrieren, um aufeinandergestapelte 3D-Chips zu kühlen. Damit können wir den Weg für massive Verkleinerungen und Leistungssteigerungen bahnen: Der SuperMUC von heute könnte so langfristig auf die Größe eines PCs schrumpfen.“

Ein Höchstleistungssystem für die Wissenschaft

SuperMUC ist ein Beitrag des Gauss Center for Supercomputing, des Zusammenschlusses der drei größten deutschen Wissenschafts-Rechenzentren JSC Jülich, HLRS Stuttgart und LRZ Garching bei München und gehört zur europäischen High Performance Computing-Infrastruktur PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe). Der Supercomputer wurde gemeinsam vom Bund und dem Land Bayern finanziert.

SuperMUC zeichnet sich dadurch aus, dass er besonders vielseitig einsetzbar ist. Wie bisher kommen viele Projekteaus der Physik und Strömungsmechanik. Aber in den letzten Jahren konnten gerade am LRZ immer mehr Wissenschaftsdisziplinen durch Simulationen am Höchstleistungsrechner große Fortschritte bei der Beantwortung schwieriger Fragen erreichen. So haben Geophysiker der Ludwig-Maximilian-Universität München bereits ihr Modell der Bewegungen im Erdinneren für den SuperMUC angepasst. Ihr Modell ist inzwischen der internationale Standard für die Simulationen anderer Forschergruppen.

Andere Wissenschaftler untersuchen detailliert den Fluss des Blutes in gesunden und erkrankten Blutgefäßen oder der Luft in der Lunge. SuperMUC ist außerdem mit einem leistungsstarken Visualisierungszentrum einschließlich einer 4K stereoskopischen Powerwall und einem Raum zur Darstellung virtueller Realitäten oder CAVE zur Visualisierung von 3D-Daten verbunden.

SuperMUC wird im Juli offiziell im Rahmen der 50-Jahr-Jubiläumsfeier des LRZ eingeweiht.