1 Centre of Excellence for High Performance Computing Erlangen Kompetenzgruppe für Supercomputer und Technisch-Wissenschaftliche Simulation Dr. G. Wellein, Regionales Rechenzentrum Erlangen
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
Supercomputer Nationaler und internationaler Wettlauf 100000 LINPACK Performance [GFlop/s] 10000 1000 100 10 1 X 600 LHR Fujitsu VPP HLRB Hitachi SR8000 1993 1996 1999 2002 Weltweit Deutschland Bayern
High Performance Computing Eine Herausforderung Leistungszuwachs in Deutschland (1995-2002): Prozessorleistung (RISC) X 12,4 Parallelisierung (RISC) X 7 X 87 1500 Methoden 1000 #CPU GFlops/CPU 6 5 4 3 2 1 0 Speicherzugriff( Wachstum ca. X 4 ) #cache: 1 -> 4 Pseudovektorisierung shared caches, EPIC,... 0 1993 1996 1999 2002 Massive Parallelisierung Parallelisierung Hybride Rechnerarchitekturen 500 /Programmiermodelle 1993 1996 1999 2002
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
Kompetenznetzwerke Integration von Fachdisziplinen & Rechenzentren Bayerische HPC Forschungsverbünde FORTWIHR 1992-1995 1995-1998 1998-2000 KONWIHR: 1999 2003 Universitäre Forschung Kurzfristige Arbeitsverträge Kontinuierlicher Verlust an Wissen & Kompetenz Kompetenzgruppe Supercomputer Langfristiger Aufbau und Erhalt von HPC Kompetenz
Technisch-Wissenschaftliches Höchstleistungsrechnen in Erlangen: Basis des Centre of Excellence Erlangen Werkstoffwissenschaften Angewandte Mathematik Strömungsmechanik Theoretische Chemie Informatik Theoretische Physik Computer Chemistry Center Elektrotechnik
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
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
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
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 3. 1.2 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
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
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)
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