Höchstleistungsrechnen in Deutschland in Forschung, Hochschule und Industrie Chancen und Nutzen Uwe...

Höchstleistungsrechnen in Deutschland in Forschung, Hochschule

und IndustrieChancen und Nutzen

Uwe HarmsHarms Supercomputing Consulting

MunichUwe_Harms@compuserve.com

Themen:

- warum Supercomputing ?- Gute alte Zeit- Rechnerarchitekturen- Top500 in Deutschland- Vergleich weltweit- Deutsche Zentren - industrieller Einsatz- Chancen - Nutzen- Zusammenfassung

Supercomputing oder Höchstleistungsrechnen

Numerische Simulation versus Versuchmathematisches Modell eines technischen/physikalischen Problemsnumerisches Verfahren zur Lösung anwendenÄnderungen am Modell und neue Rechnung

-> es ist einfach, Parameterstudien durchzuführen

Beispiel Optimierung eines Strömungskanals (HPSC 97)Experiment für eine Konfiguration 7000 DM, 4.5 Tage8 Variationen: 56 000 DM, 36 Tage

numerische Simulation einer Konfiguration 1400 DM, 2 Tage8 Variationen: 11200 DM, 16 TageKostenreduktion 79%, Zeitreduktion 66%

kommerzielle DV

SAP R/3 Grossanwendungen, SD-Benchmark 607 000 Bestellungen/h > 36000 Mitarbeiter, ca 200 Prozessoren

Datamining in TB-Datenbanken

Datawarehousing

Gute Alte Zeit

1973 - 1988/89 Cyber 76 5 MFlop/s(64K/250K Hauptspeicher 60 bit-Worte, 05/2 MB LCM, 1.4 GB Platte)

Vektorrechner

1976 Cray 1 160 MFlop/s, 16 MB Hauptspeicher

1985 Fujitsu/Siemens VP200 535 MFlop/s, 64 MB

1999 Fujitsu Siemens VPP5000 9400 MFlop/s, 16 GB

-> 512 Proz 4.8 TFlop/s, 8TB NEC SX-5 8000 MFlop/s, 8 GB

-> 512 Proz 4 TFlop/s, 4 TB

Hitachi SR8000 8000/12000 MFlop/s, 16 GB

Standardprozessoren - off-the-shelf RISC-Prozessoren

Hewlett-Packard PA 86000/560 MHz 2240 MFlop/s PA 8700/800 MHz 3200 MFlop/s (2001) Compaq Alpha 720 MHz 1440 MFlop/s IBM Power 3 200 MHz 800 MFlop/s SGI R12000 300 MHz 600 MFlop/s SUN ULTRASparc 2 450 MHz 900 MFlop/s

Intel Pentium III (32 Bit) 1000 MHz 1000 MFlop/s (kostet 990 US$) Itanium (Merced) 750 MHz 3000 MFlop/s (6000 MFlop/s)

heutige Rechnerarchitekturenmassiv-parallele Systeme (MPP): Cray T3E (Alpha), SGI SN1 (MIPS), IBM RS/6000 SP PowerPC

symmetrischen Multiprozessorsysteme (SMP) und Cluster:Compaq GS320 (32 Proz.), HP V-Class (32), IBM RS/6000 SP (24), SGI Origin (128), SUN E10000 (Starfire) (64)

parallele Vektorprozessoren (PVP) und Cluster:Fujitsu Siemens VPP5000, Hitachi SR8000 (?), NEC SX-5, Cray Inc. T90, SV1

Cluster of Workstations (COW):Fujitsu Siemens hpcLine auf Intel Pentium Basis mit SCI InterconnectCompaq Alpha-Cluster mit Myrinet oder Quadrics Interconnect

Top500(J. Dongarra, H. Meuer, E. Strohmaier)

Linpack-Benchmark: LU-Faktorisierung (Strassen-Algorithm) Hersteller Rechner Linpack-Leistung Rmax in GFlop/s (Milliarden 64-Bit

Rechenoperationen pro Sekunde) Land Installations Jahr Zahl der Prozessoren Rpeak Nmax N1/2

Leistungssteigerungen seit 1993 in Deutschland

June 1993

Nov. 1999

%Total Systeme 59 64 108

Rmax 69 5363 7772

Univers. Systeme 27 9 33 Rmax 34 842 2476

Forschung Systeme 18 6 78

Rmax 21 1811 8624

Industrie SystemeRmax

108

462515

46031438

Behörde SystemeRmax

2

90

Hersteller SystemeRmax

1

105

Weltweite Leistungssteigerung seit 1993

June 1993

Nov 1999 %Total Rmax 1168 50969 4364

Academia

Rmax 350 7358 2102

Research

Rmax 500 23420 4684

Industry Rmax 200 12741 6370

Classified

Vendor

Rmax 118 7451 6314

Classified 4438

Top500 Comparison world-wide

World

USA/CDN Japan

Europe

Deutschl.

Total Systems

500 277 55%

57 11% 152 30% 64

Rmax 50969 30763 60%

6480 13%

12810 25%

5363

Academic

Systems

Rmax

70 14%7358 19%

22 4%1487 29%

20 4%3195 6%

27 5%2636 5%

9842

2%Researc

hSyste

msRmax

128 26%23420

46%

71 14%15602

31%

29 6%2881 6%

24 57%4502 9%

6 1%1811

4%Industry Syste

msRmax

246 49%12741

25%

141 28%

7169 14%

7 1%281 1%

89 18% 4849

10%

46 9%2515

5%Classifi

edVendorGovern

m

Systems

Rmax

56 11%7451

15%

43 9%6505 13%

1 123

12 2%823 2%

3 1%195

Rechnerarchitekturen in Deutschland

MPP Vector SMP ClusterUniversität 4 3 3Forschung 5 1

Industrie 21 3 22 Gov.

+Herst.

1

2

IBM RS/6000 SP als MPP gezählt

Deutsche Höchstleistungsrechenzentren

1996 Wissenschaftrat:2 bis 4 deutsche Höchstleistungsrechenzentren- Forschungszentrum Jülich, J. v. Neumann Inst. of Computing- Max-Planck-Gesellschaft (IPP Garching)

- HWW Stuttgart (HLRS)- HLRB München, Leibnizrechenzentrum- in Diskussion HLRN Nord in Hannover/Berlin

Forscher aus Deutschland können nach fachlicher Genehmigung dieRechner anteilig nutzen Problem der Länderhoheit beseitigt

Weltklasse Forschungszentren

Computer(Prozessoren)

Rmax Total

DWD Wetterdienst

Cray T3E 1200 (812)

671

Max-Planck Cray T3E (812)

355

Forsch. Zentr. Jülich

Cray T3E 1200(540)

448

Cray T3E (540)

235

Cray T90 (12) 22 1709 = 94% of Research

Höchstleistungsrechenzentrum für Wissenschaft und Wirtschaft Betriebsgesellschaft in Stuttgart

Computer Rmax Shares

Univ. Karlsruhe IBM SP2 (256)IBM SP (64)

4442

16.6

Univ. Stuttgart Cray T3E (540) 341 16.6%

NEC SX-4 (40)NEC SX-5e (2x16),

32/48 GB RAM

77123

debis Systemhaus Cray SV1, IBM SP, HP N-Klasse

40%

Porsche AG Cray T90 10%

HLRB am Leibnizrechenzentrum

Ausgesucht: Hitachi SR8000 F1, 1. Quartal 2000Forderungen: Spitzenleistung 1.5 - 2 TFlop/s, sustained 0.4 TFlop/s, Speicher 750 - 1000 GByte, Plattenspeicher 10 TByte, Bänder 600 TByteKosten: 1999 10 Mio DM2000 30 Mio DM2001 20 Mio DMBetriebskosten über 6 Jahre 30 Mio DMWartung : 21.5 Mio DM, Energie: 5 Mio DM, Zeitpersonal: 3.5 Mio DMFinanzierung: 60 Mio DM Bayern (Privatisierungserlöse), 30 Mio Bund

Installation: 1. Quartal 2000, 2. Schritt 2002, Laufzeit bis Mitte 2005

Hitachi SR8000-F1

Anfangskonf. 2000

Endausbau 2002

SMP-Knoten 112 168

Prozessor/Knoten 8 (9 physisch)

8 (9 physisch)

Prozessoren 896 1344

Spitzenleistung SMP

12 GFlop/s 12 GFlop/s

Spitzenleistung Syst.

1344 GFlop/s

2016 GFlop/s

Rmax (Linpack) 1029 GFlop/s 1540 GFlop/s (?)

LRZ-BenchmarkEffizienz

>400 GFlop/s >600 GFlop/s

industrielle Nutzung

Banken 13

Telekom + Töchter

12

Chemie 7

Automobilindustrie

5

Mobilfunk 2

diverse 6

Filmindustrie 1

Automobilindustrie

Volkswagen:12 NEC SX-5 Prozessoren, 48 GFlop/s Spitzenleistung ->Crash46 HP N4000 440 MHZ 81 GFlop/s -> skalare Anwendungen,Nastran, Strömungsrechnung (CFD)SGI Workstation zum Pre- und Postprocessing

Crash -> 10 Stunden turnaroundunterschiedliche Crash-Vorschriften in den LändernDanner-Crash 15 km für die VersicherungTank-Flüssigkeit beim CrashAirbag-Sensorik nur Plattform -> 3.5 Tage

etwa 300 bis 400 reale Crash pro Jahr, z.T. zufallsartig aus der Produktion

AUDI AG:Fujitsu Siemens VPP300/16 +VPP5000/4 mit je 38.4 GFlop/s SUN E10000 32 Prozessoren 170 CAE sites mit SGI Octanes 1/2 Prozessoren als Arbeitsplätze7 SGI Origin 2000 mit 40 R12000 Prozessoren

Benchmark:StarCD (CFD) 16 Proz. O2000 = 1 Proz. VPP5000 (4100 Sek.)Crash 4 Proz. O2000 = 51500 Sek

1 Proz. VPP300 = 5400 Sek (Fakt.2.5) 1 Proz. VPP5000 = 1100 Sek (Fakt. 12)

DaimlerChrysler

Fujitsu Siemens hpcLine 16 Knoten = 32 Prozessoren für elektromagnetische Verträglichkeit mit dem Programm FEKO

Cluster of Workstations und Workstation Cluster

Fujitsu Siemens hpcLine (COW):Starter Kit 8 nodes = 16 Pentium III 650 MHz, 8x512 MB RAM,8x20 GB Platte, SCI (Scalable Coherent Interface) + SoftwareDM 130.000 + MwSt

Workstation Cluster:vorhandene Intel- oder RISC-Workstations als Parallelrechner nutzenwenn Applikationssoftware das ermöglicht

TTN - europ. Projekt

Zugriffsmöglichkeiten auf Supercomputer

1. Hochschule/Forschung:Projekt UNICORE und UNICOREPlus gemeinsame Oberfläche zum Zugriff, Projektleitung Forschungszentrum Jülich

2. Industrie: ASP Application Service Provider- debis Systemhaus HWW-Rechner mit Zugriff über das Web NEC etwa 150.- DM pro CPU Stunde, www.hpc.portal

- Work-center, Bremen (Technische Hochschule) CAD, CAE, Datenbankanwendungen und mehrHP-Rechner, z.B. SMP der V-Klasse, www.work-center.de

Literatur:Top500 Liste: http://www.top500.org im Juni zur Supercomputer Tagung Mannheimim November zur IEEE Supercomputing Tagung, USA

Selektionsmöglichkeiten

Reports und Analysen über die Top500 in Primeur:

URL:http://www.hoise.com/analysisURL:http://www.hoise.com/primeur