ZKI AK Supercomputing Herbsttagung Scientific Computing in Düsseldorf

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1 ZKI AK Supercomputing Herbsttagung Scientific Computing in Düsseldorf Peter Schreiber ZKI Arbeitskreis Supercomputing

2 Scientific Computing in Düsseldorf Infrastruktur und Planungen Beschaffung eines neuen HPC-Clusters Applikationsspektrum Kooperationen Ausblick ZKI Arbeitskreis Supercomputing

3 Infrastruktur und Planungen ZKI Arbeitskreis Supercomputing

4 HPC-Hybrid-Cluster GAUSS ZKI Arbeitskreis Supercomputing

5 Systemkonzept für das GAUSS-Cluster 2 x Virtueller Login / Batch-Knoten (VMware vsphere) Bull NovaScale R423 als scvenus-master 2 x Quad-Core 3,00 GHz Xeon 5472 Harpertown / 32 GB RAM 10x Bull NovaScale 3045 Compute Nodes 4 x Dual-Core 1,6 GHz Itanium2 Montecito / 32 GB RAM 59 x Bull NovaScale R440 Compute Nodes 2 x Dual-Core 3 GHz Xeon 5160 Woodcrest / 50x8GB RAM,9x16GB RAM 12 x Bull NovaScale R422 Twin Compute Nodes 2 x 2 Quad-Core 2,8 GHz Xeon 5462 Harpertown / 2x32 GB RAM 19 x Bull HPC-Blade B500 Compute Nodes 18 Blades: 2 x Quad-Core 2,66 GHz Xeon 5550 Nehalem / 24 GB RAM 1 Blade: 2 x Quad-Core 2,93 GHz Xeon 5570 Nehalem / 48 GB RAM NVIDIA Tesla S870 Computing System Kopplung mit NovaScale R422 Twin Compute Node. 3 x Bull HPC-Hybrid-Blade B505 Compute Hybrid Nodes 2 x Quad-Core 2,66 GHz Xeon 5650 Westmere / 24 GB RAM 2 x NVIDIA Tesla M2070 Fermi mit 6 GB GDDR5 Voltaire InfiniBand Interconnect SDR/QDR 96/36 Ports.Switches Gigabit Ethernet Backbone HP ProCurve 10GB / 1Gb Switches Außenanbindung GBit-Ethernet-Leitungen Cluster Storage: Panasas Storage Cluster mit 19 TB / 16 x 1Gb für Scratch 2 x NetApp FAS3240 mit jeweils 42 TB für Home- bzw. 5 Software- und Datenbank-Filesysteme

6 Konzepte für das GAUSS-Cluster Homogenes Cluster-Management: scvenus Eigenentwickeltes Job Accounting and Monitoring System <myjam/> Modifiziertes Batch/Scheduling-System auf Basis von Torque/Maui Anwenderumgebung für Entwicklung und Produktion: Intel-Compiler, -Libraries und Tools Portland-Compiler-Suite (inkl. Akzeleratoren) Debugger TotalView Eigene Erweiterungen z.b. bei MPI Transparenz bzgl. der Rechner-Architekturen Sicherheitskonzept (Ergebnis einer Bachelor-Arbeit) ZKI Arbeitskreis Supercomputing

7 Raum-/Klima-/Strom-Infrastruktur Bereiche für das Wissenschaftliche Rechnen im Serversaal im ZIM: Kernbereich: HPC, Hosting (virtuelle Server), Storage, Fileserver Housing-Bereich: Compute-Cluster und Server der Institute Energetische Sanierung des Serversaals: Fördermittel aus Konjunkturpaket und Rektoratsmittel Deutliche Reduzierung der Power Usage Effectiveness (PUE 1,3) Klimatisierung: Umluftkühlung und Direkt/Wasser-Kühlung (Rittal-Racks) Direktkühlung: HPC (7 Racks), Hosting, teilweise Housing Lastabhängige Steuerung der Rackkühlung über Batch-System Anschluss an die USV: Hauptkomponenten des Clusters: Frontends, Cluster-Storage, Netzwerk Kein Anschluss der Compute Nodes ZKI Arbeitskreis Supercomputing

8 Planungsziele für das HPC 2012 / 2013: Ablösung des alten Clusters durch ein modernes Rechnersystem mit deutlich höherer Leistung, wesentlich größerem Memory und hochperformantem Cluster-Storage-System 2014: Ausbau der Elektro- und Klima-Technik einschließlich weiterer Klima-Racks für höhere Auslastung und zusätzliche Services Erweiterung des Housingbereichs: Erforderlich trotz viel höherer Leistungsfähigkeit des neuen HPC-Clusters Dringend erforderliche Erhöhung der Storage-Kapazitäten für Backup und Archivierung von Wissenschaftsdaten Ausbau 2. Standort im UKD (Storage, Fileserver, virtuelle Server) Neue 10Gb-Verbindungen zwischen ZIM und UKD ZKI Arbeitskreis Supercomputing

9 ZKI Arbeitskreis Supercomputing

10 Beschaffung eines neuen HPC-Clusters Erfolgreich begutachteter DFG-Großgeräteantrag: Investitionsmittel in Höhe von 2 Mio (ohne Storage-System) Unterstützung durch Professor(inn)en aus Forschungsschwerpunkten Abdeckung eines breiten Anforderungsspektrums Nur möglich mit einem Hybrid-Cluster aus SMP- und MPI-Knoten Anforderungen für das Gesamtcluster: Unterbringung in 7 Rittal-Racks Möglichst geringer Stromverbauch in den Grenzen des ZIM Homogenes Management von SMP- und MPI-Teil Kompatibilität mit eigenentwickelter Management-Software (z.b. <myjam/> pro ) Gesamtlösung mit virtuellen Servern als Frontends Rechnernetzwerk: InfiniBand FDR Enhanced Hypercube Network Mindestanforderung an CPUs: Intel SandyBridge, 2,2 GHz Ganz wichtig: Ablauffähigkeit wichtiger Applikationen Betriebssystem Red Hat Enterprise Linux ZKI Arbeitskreis Supercomputing

11 Anforderungen an den SMP-Teil des Clusters: Unterbringung in 1 Rittal-Rack Mindestens 512 Cores Mindestens 4 TB Memory pro Prozess Single System Image für 16 TB Memory Internes Netzwerk mit optimaler Bandbreite und Latenz Homogene Integration in das Gesamtcluster Keine softwarebasierte Lösung der Memory/SSI-Vorgaben Optimierte MPI-Implementierung Anforderungen für MPI-Teil des Clusters: Unterbringung in 6 Rittal-Racks Mindestens 3500 Cores Mindestens 4 GB pro Core Kommerzielle Software: scvenus, PBSpro, Moab, Intel-HPC-Software- Suite, Compiler/Debugger für OpenACC-Standard ZKI Arbeitskreis Supercomputing

12 Applikationsspektrum Schwerpunkte: 18 Forschergruppen mit Forschungsbeiblättern zum GG-Antrag Neben den traditionellen Forschergruppen immer wichtiger: Life Science (Biologie, Bioinformatik, Biologisch-Medizinisches Forschungszentrum, Medizinische Institute und Kliniken) Extrem datenintensiv hinsichtlich Memory und Storage: Speicherung und Verarbeitung von Sequenzierungsdaten Ressourcenverbrauch: Top 6 Departments für den Zeitraum Januar bis August 2012 Online ermittelt mit <myjam/> pro ZKI Arbeitskreis Supercomputing

13 ZKI Arbeitskreis Supercomputing

14 Kooperationen im Bereich Wissenschaftliches Rechnen/HPC Startup und Applikationsunterstützung für Forschungsprojekte Informatik (z.b. Bachelor-Arbeiten, Praktikanten, Vorlesungen und Übungen zur Parallelprogrammierung) Biologie (z.b. institutseigene Rechner als Teil des HPC-Clusters) Pharmazie (z.b. Unterstützung bei der Implementierung von GPU- Programmen) Theoretische Physik (z.b. Beteiligung an Veröffentlichungen) Zusammenarbeit mit Forschergruppen bei der Entwicklung eines Langzeitarchivierungssystems/LTP-Systems für heterogene Wissenschaftsdaten (Kooperationsprojekt von HHU, ULB und UKD) ZKI Arbeitskreis Supercomputing

15 Ausblick Alternativen bzgl. Akzeleratoren: Intel Phi (MIC-Architektur) Nach Ausbau der Klima- und Stromtechnik: Erweiterung des Clusters Fortentwicklung der Cluster-Management-Funktionalität ZKI Arbeitskreis Supercomputing

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