SuperMUC: Heißes Wasser kühlt Europas schnellsten Rechner

Mit 3 PetaFLOPS, also 3 Billiarden Operationen pro Sekunde, ist der Rechner des Leibniz-Rechnzentrums der Bayerischen Akademie Wissenschaften (LRZ) nicht nur Europas schnellster Rechner, sondern SuperMUC kann mit einer innovativen Kühlung auch noch ab sofort den vierten Platz der Weltrangliste der Top500.org für sich beanspruchen. Heute wurde im Rahmen der International Supercomputing Conference ISC, die Urkunde überreicht.

Über die Warmwasserkühlung kann das Rechentrum im Vergleich mit einer traditionellen Luftkühlung rund 40 Prozent des Energiebedarfs einsparen. Laut IBM ist SuperMUC das erste kommerzielle System mit einer derartigen Kühlung. Zudem speist die Warmwasserkühlung auch die Gebäudeheizung und sorgt so für zusätzliche Einsparungen.

Für die Kühlkonzepte haben sich die IBM Forscher in ihren Laboren in Zürich und Böblingen vom menschlichen Blutkreislauf inspirieren lassen. Ein Kühlnetzwerk mit leistungsfähigen Mikrokanalkühlern führt die Wärme direkt am Chip ab. So kühlt mehr als 40 Grad warmes Wasser den Computer. Das liefert gleichzeitig wertvolle Abwärme, die wiederum für die Gebäudeheizung genutzt werden kann. Laut IBM könne SuperMUC dem Betreiber LRZ so jährlich rund 1 Million Euro einsparen.

Doch das ist nicht der einzige Grund für diese innovative Kühlung: “Seit diesem Jahr müssen staatlich finanzierte Institutionen in ganz Deutschland ihren Strom aus 100 Prozent erneuerbaren Energiequellen beziehen. SuperMUC wird uns dabei helfen, unsere Verpflichtung einzuhalten, während wir der wissenschaftlichen Gemeinschaft ein Höchstleistungssystem zur Verfügung stellen können, um Theorien, Designexperimente und Ergebnisvorhersagen zu testen”, erklärt Prof. Dr. Arndt Bode, Vorsitzender des Direktoriums des LRZ.

Bode nennt weitere Vorteile des neuen Rechners: “SuperMUC ist besonders anwendungsfreundlich, weil er aus Prozessoren mit Standard-Befehlssatz aufgebaut ist, wie man ihn auch von Laptops, PCs und Servern kennt. Dadurch ist die Übertragung der Programme viel besser möglich als bei vielen anderen der TOP500-Systeme, die nur unter Verwendung spezieller Akzeleratoren eine hohe Leistung erreichen können, aber für die Mehrzahl von Anwendungen kaum verwendbar sind.”

Künftig wird SuperMUC ein verschiedene wissenschaftliche Aufgaben erledigen. Diese reichen von der Kosmologie über die Entstehung des Universums bis hin zu Seismologie und Erdbebenvorhersage.

SuperMUC basiert auf einem System x iDataPlex Direct Water Cooled dx360 M4 Cluster. Damit verfügt der Rechner über rund 150000 Intel-Rechenkerne. Die 3 PetaFLOPS entsprechen etwa der Leistung von über 110.000 PCs. Als Hauptspeicher verfügt SuperMUC über mehr als 330 Terabyte. Die einzelnen Rechenknoten kommunizieren dabei über ein nicht-blockierendes InfiniBand-Netzwerk mit Fat Tree-Topologie. Bis zu 10 Petabyte Daten lassen sich darüber hinaus in einem parallelen GPFS-Dateisystem zwischenspeichern. Das Network Attached Storage (NAS) System von NetApp stellt 4 Petabyte für die mittelfristige Speicherung von Daten bereit. Daten, die langfristig gespeichert werden sollen, finden auf einem Bandsystem mit insgesamt 16,5 Petabyte Speicherkapazität Platz.

IBM will die Wasserkühltechnologien auch über SuperMUC hinaus weiterentwickeln: “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”, prognostiziert Dr. Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging bei IBM Research – Zürich und einer der Erfinder des SuperMUC-Kühlkonzepts.

SuperMUC ist ein Beitrag des Gauss Centre for Supercomputing, des Zusammenschlusses der drei größten deutschen Wissenschafts-Rechenzentren JSC Jülich, HLRS Suttgart 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. Die offizielle Übergabe des SuperMUC durch IBM an das LRZ und die Inbetriebnahme werden am 20. Juli 2012 zusammen mit dem 50jährigen Jubiläum des Leibniz-Rechenzentrums der Bayerischen Akademie der Wissenschaften gefeiert.