Centre of Excellence for High Performance Computing Erlangen Kompetenzgruppe für Supercomputer und Technisch-Wissenschaftliche Simulation

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1 1 Centre of Excellence for High Performance Computing Erlangen Kompetenzgruppe für Supercomputer und Technisch-Wissenschaftliche Simulation Dr. G. Wellein, Regionales Rechenzentrum Erlangen

2 Supercomputer Exponentielles Wachstum in allen Bereichen Exponentielles Wachstum bei Leistungsfähigkeit und Potentiale von Hochleistungsrechner Komplexität bei Betrieb und Betreuung Komplexität effizienter numerischer Verfahren & Algorithmen Aufwand für Programmierung, Optimierung und Nutzung Strukturelles Problem Einarbeitungszeit: ca. 1 Jahr Typische Projektdauer: ca. 3 Jahre

3 Supercomputer Nationaler und internationaler Wettlauf LINPACK Performance [GFlop/s] X 600 LHR Fujitsu VPP HLRB Hitachi SR Weltweit Deutschland Bayern

4 High Performance Computing Eine Herausforderung Leistungszuwachs in Deutschland ( ): Prozessorleistung (RISC) X 12,4 Parallelisierung (RISC) X 7 X Methoden 1000 #CPU GFlops/CPU Speicherzugriff( Wachstum ca. X 4 ) #cache: 1 -> 4 Pseudovektorisierung shared caches, EPIC, Massive Parallelisierung Parallelisierung Hybride Rechnerarchitekturen 500 /Programmiermodelle

5 Numerische Simulation auf Supercomputern Informatik, Ang. Mathematik Programm erstellen Methoden& Algorithmen Analyse Wissenschaftler Physik, Chemie, Biologie Ingenieurw.... Zugang Supercomputer Parallel./ Debuging Optimierung Datenproduktion Supercomputer Kompetenzgruppe Supercomputer Fachspez. Problem Lösung

6 Kompetenznetzwerke Integration von Fachdisziplinen & Rechenzentren Bayerische HPC Forschungsverbünde FORTWIHR KONWIHR: Universitäre Forschung Kurzfristige Arbeitsverträge Kontinuierlicher Verlust an Wissen & Kompetenz Kompetenzgruppe Supercomputer Langfristiger Aufbau und Erhalt von HPC Kompetenz

7 Technisch-Wissenschaftliches Höchstleistungsrechnen in Erlangen: Basis des Centre of Excellence Erlangen Werkstoffwissenschaften Angewandte Mathematik Strömungsmechanik Theoretische Chemie Informatik Theoretische Physik Computer Chemistry Center Elektrotechnik

8 Kompetenzgruppe Supercomputer Kristallisationspunkt des Centre of Excellence Erlangen Industrie Projektbereich Strömungsmechanik Turbulenz Fluidakustik Visualisierung Kompetenzgruppe Supercomputer Projektbereich Werkstoffwissenschaften Poröse Materialien Kristallschmelzen Zentrale Services: Beratung & Hardware Regionale Projektbereiche Bayreuth, Würzburg Projektbereich Physik / Chemie Quantensysteme... Supercomputer

9 Kompetenzgruppe Supercomputer Schnittstelle zu breitem, bundesweitem Rechnerangebot Wissenschaftler: Numerisches Problem Kompetenzgruppe Supercomputer Schnelle & einfache Nutzung von HPC Resourcen Lokale Hardware Zugeschnittene Systeme im mittleren Leistungsbereich Externe Hardware Landes- & Bundesrechner der höchsten Klasse Wissenschaftler: Minimierung des Arbeitsaufwandes Time to Crunch Supercomputer: Maximierung der Effizienz

10 Kompetenzgruppe Supercomputer Ausbildung, Beratung, Information POTS Tutorial PTfS Ausbildung HPC Ausbildung Lehrveranstaltungen Programmierkurse Information Öffentlichkeitsarbeit HPC Netzwerke HPC Kolloquien C/C++ Beratung HPC Projektberatung Programmierung Debugging Parallelisierung Portierung Optimierung Algorithmen Zugang/Nutzung FORTRAN HPC Technologie: Hardware Software 10

11 Kompetenzgruppe Supercomputer Was heißt Beratung? 3 Beispiele Chemie (Prof. Gasteiger) - GAMMA 1. Seq. Programm mit exponentiell wachsendem Speicherbedarf (> 30 GB) & hoher Rechenintensität 2. Optimierung LSTM & Reduktion (Prof. Durst) der - FASTEST Datenhaltung 1. Vektor/RISC/ / Programmoptimierung MPI parallel 3. Speicher: 100 hoher MB; Rechenzeitbedarf Rechner: PC / Origin auf Hitachi erste Hitachi-optimierungen vorh. 2. Hitachi SR8000 spezifische Optimierung GFlop/s Tagesgeschäft 2.0 ( FORTRAN GFlop/s Feuerwehr ) 1. Hilfe mein Programm compiliert/läuft nicht mehr? 2. Gemeinsame Analyse vor Ort / RRZE 3. Kunde kann Arbeit fortsetzen

12 Kompetenzgruppe Supercomputer Maßgeschneiderte lokale Rechnerausstattung Lokale Ressourcen dedizierter Betrieb schneller Zugang maßgeschneidert XXL Rechner LHR Vektor-Server Memory-Server Compute-Cluster Problemgröße Deutschland Bayern Erlangen PCs / Workstation Lehrstuhl

13 Kompetenzgruppe Supercomputer Überregionale Kooperationen und Projekte Aktuelle Projekte Sparse eigenproblem solver (NEC/NIC) Hybride Programmieransätze (HLRS) Programmoptimierung: Hitachi SR8000 (LRZ) SGI Origin (ZHR) Performanceevaluierung: Itanium2 (HLRS) Power4 (LRZ; RZG) Programmoptimierung: Hitachi SR8000 (LRZ) & SGI Origin (ZHR)

14 Centre of Excellence for High Performance Computing Center of Excellence for High Performance Computing Wissenschaftler Kompetenzgruppe Supercomputer E R L A N G E N Hochleistungsrechner

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