Softwarelösungen für energieeffizientes Hochleistungsrechnen
Leistungsstarke Exa-Supercomputer werden für die wissenschaftliche Forschung der nächsten Generation vermutlich entscheidend sein. Sie werden wahrscheinlich auch enorm viel Energie verbrauchen. „Der Stromverbrauch könnte bei mehreren Zehn Megawatt liegen“, meint der Projektkoordinator von REGALE, Georgios Goumas vom Institut für Kommunikation und Datenverarbeitungssysteme an der Nationalen Technischen Universität Athen in Griechenland. „Außerdem sind Systeme dieser Größenordnung schwer zu programmieren, besonders wenn Skalierbarkeit in Größenordnungen von Tausenden oder sogar Millionen Rechenknoten das Ziel ist.“ Die meisten Supercomputer werden über das zentrale Stromnetz betrieben, doch durch den steigenden Verbrauch könnte die Stromerzeugung vor Ort notwendig werden. Energieeffizienz ist also ein wichtiger Schritt für die Machbarkeit und breite Anwendung des Exa-Rechnens. Daher sind im Projekt REGALE Sachverständige und Forschende zum Hochleistungsrechnen sowie Endnutzende aus kritischen Zielsektoren wie der erneuerbaren Energie, der Unternehmensrisikobewertung und der Automobilindustrie zusammengekommen.
Software für Hochleistungsrechensysteme
„Der Schwerpunkt lag auf der effektiven Nutzung der Rechenressourcen, um die Anwendungsleistung, den Systemdurchsatz und die Energieeffizienz zu steigern“, sagt Goumas. „Wir haben auch geprüft, wie die einfache und flexible Nutzung der Dienste des Hochleistungsrechnen durch Entwickelnde und Nutzende sichergestellt werden kann.“ Daher wurden im Projekt mehrere Prototypen von Supercomputersystemen aufgebaut. Dabei wurde insbesondere Software gesucht und eingesetzt, um eine nahtlose Koordination über Prozesse, Knoten und Systeme hinweg zu sichern. Diese Software umfasste Verbesserungen und die Koordinierung mehrerer quelloffener Werkzeuge wie OAR, EAR, DCDB, EXAMON, COUNTDOWN, MELISSA, RYAX und anderen. Diese sind für eine effiziente Ressourcennutzung und die Ausführung komplexer Anwendungen notwendig. „Diese einzelnen Werkzeuge müssen abgestimmt werden, um energieeffiziente Operationen auf unterschiedlichen Ebenen der Architektur zu ermöglichen“, erklärt Goumas. „Sie fließen auch in die Kerninfrastruktur ein, über die Modularität und Interoperabilität unterstützt wird. In sie können jegliche Komponenten mit minimalen Änderungen integriert werden.“
Energieeffiziente, nachhaltige und umweltschonende Lösungen
Die REGALE-Lösung wurde erfolgreich mit Industriepartnern getestet, um nachzuweisen, dass die Werkzeuge bei verschiedenen Anwendungsfällen nahtlos ineinandergreifen. Mit der REGALE-Hochleistungsrechenarchitektur wurden eine Stoßstange aus kohlenstoffverstärkten Polymeren entworfen und Wasserturbinen konstruiert. „Mehrere der Werkzeuge werden jetzt in industriellen oder akademischen Hochleistungsrechenanlagen eingesetzt“, fügt Goumas hinzu. „Die Projektpartner haben auch großes Interesse bekundet, die Architektur und den Rahmen der Lösung insgesamt weiterzuentwickeln.“ Letztendlich geht es darum, dass die Fortschritte aus dem REGALE-Projekt weiterhin in energieeffizienteres, nachhaltiges und umweltschonendes Hochleistungsrechnen in Europa einfließen. Das Projekt wurde mit Unterstützung des Gemeinsamen Unternehmens für europäisches Hochleistungsrechnen (GU EuroHPC) durchgeführt, einer Initiative, die zur Entwicklung eines Ökosystems für Hochleistungsrechnen von Weltrang in Europa gegründet wurde. „REGALE beruhte auf ehrgeizigen Zielen, einem vielfältigen und ausgezeichneten Konsortium europäischer Partner und der Vision, den Weg für mehr Energieeffizienz bei der nächsten Generation an Exa-Supercomputern zu ebnen“, so Goumas. „Dank des Engagements und der herausragenden Zusammenarbeit aller Partner stellen wir jetzt die REGALE-Toolchain vor, eine offene und skalierbare Grundlage für nachhaltiges Hochleistungsrechnen.“
Energieeffizienz im Exa-Bereich
Durch diese größere Rechenkapazität könnten Vorteile für zahlreiche komplexe Anwendungen erreicht werden, darunter die Wettervorhersage, die Vorbeugung von Naturkatastrophen und die Klimamodellierung. Weitere mögliche Endanwendungen sind die personalisierte Medizin und künstliche Intelligenz. „Neben all diesen Anwendungen könnte mit Exa-Rechnen der Zugang zu Hochleistungsrechenressourcen demokratisiert werden“, führt Goumas aus. „Die Forschung, Wissenschaft und KMU könnten günstiger und leichter Zugang zu fortschrittlichen Rechendienstleistungen erhalten.“
Schlüsselbegriffe
REGALE, GU EuroHPC, Software, Informatik, Exascale, Hochleistungsrechnen, Energie, Effizienz, Werkzeuge, HPC
