8. März 20061

JUBL IBM Blue Gene/L im Forschungszentrum JülichAuf dem Weg zum Peta-Computer in Europa

Prof. Dr. Dr. Thomas LippertForschungszentrum Jülich

8. März 20062 Thomas Lippert

8. März 20063 Thomas Lippert

8. März 20064 Thomas Lippert

JUBLJülicher Blue Gene/L

16384 Prozessoren16384 Prozessoren45.6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde45.6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde

Platz Platz 11 aller Rechner in Europa aller Rechner in Europa

= = 45.645.6 Teraflop/s Teraflop/s= = 45.645.6 Teraflop/s Teraflop/s

8. März 20065 Thomas Lippert

IBM Blue Gene-Philosophie Paradigmenwechsel im Supercomputing

Unser GehirnUnser Gehirnniedrige Frequenzhochparallelkompaktgeringe Abwärme

Blue Gene-Prinzip:Blue Gene-Prinzip:kleine Frequenz verringert Abwärme ( f f22) gigantische Leistung ( f f) mit tausenden von synchronisierten Prozessoren

Quellen: Ray Kurzweil, Hans Moravec

KompaktKompakt, da Licht nur ca. 40 cm pro Takt schafft

8. März 20066 Thomas Lippert

Blue Gene/L-ArchitekturEin Konzept für Peta-Computing?

180 Gigaflop/s

Node Book = 64 CPUs45.6 Teraflop/s

JUBL= 8 Racks = 16348 CPUs

5.6 Teraflop/s

Rack = 2048 CPUs

Blue Gene /P:Petaflop/s bis 2008

1 Billiarde Operationenpro Sekunde

Blue Gene /L:Parallelcomputingan der Spitze destechnisch Möglichen

Card = 4 CPUs

11.2 Gigaflop/s

5.6 Gigaflop/s

Node = 2 CPUs

8. März 20067 Thomas Lippert

Helmholtz-GemeinschaftZukunftsgestaltung für unsere Gesellschaft

JUBL ist zentraler Bestandteil des neuen

Helmholtz-Supercomputer- und Grid-

Konzeptes

Lösung von “Grand Challenges”

Erforschung von Systemen größter Komplexität

Bereitstellung von Schlüsseltechnologien Supercomputer

8. März 20068 Thomas Lippert

FZJGrand Challenges und Supercomputing

WissenschaftlichesRechnen

PhysikPhysik der kondensierten Materie

InformationInformationNanoelektronische

Elemente und Systeme

UmweltUmweltBio-Geo-Systeme

GesundheitGesundheitBio- und Neuro-wissenschaften

EnergieEnergieEnergieerzeugung

der Zukunft

8. März 20069 Thomas Lippert

John von Neumann-Institut für Computing

• Fakten

• Erstes deutsches Höchstleistungsrechenzentrum (seit 1987)

und größtes Zentrum der Computational Science in Europa

• Etwa 200 Gruppen aus Deutschlands und Europas Universitäten und

Forschungsinstituten rechnen am NIC

• Vertragspartner: DESY, GSI. FZJ

• Aufgaben des NIC

• Internationale Begutachtung zur Vergabe der Rechenzeit

• Unterstützung der Nutzer auf Weltklasse-Niveau

• Sommerstudentenprogramme, Kurse, Workshops, Konferenzen

• Einrichtung und Betrieb der Supercomputer-Großgeräte

• Aufbau Helmholtz- und D-Grid (e-Science-Initiative des BMBF)

8. März 200610 Thomas Lippert

Bandbreite der Simulationsprojekte am NIC

BiophysikGesundheit

GeophysikKlima

UmweltTechnik

Materialwissenschaft Chemie

TeilchenphysikStruktur der Materie

EnergieNachhaltigkeit

EnergiePlasmaphysik

AstrophysikKosmologieAstrophysikKosmologie

Superstrings und fundamentale Theorien

8. März 200611 Thomas Lippert

Vom Atom zur Nanostruktur Materialwissenschaft am FZJ

• Jede neue Stufe der Computerentwicklung führt zu neuem Erkenntnissprung

• GMR: Gigantischer Magnetwiderstandseffekt (FZJ) heute in jeder Festplatte!

• Kolossaler MR wird nun auf JUBL berechenbar!

Festplatte der Zukunft

1982: 1 AT/unit cell1982: 1 AT/unit cell

1988: 2 AT/unit cell1988: 2 AT/unit cell

2001: 4 AT/unit cell2001: 4 AT/unit cell

2006: 15 AT/unit cell2006: 15 AT/unit cell

Prof. Stefan Blügel et al. (FZJ) Dr. Eva Pavarini, Dr. Erik Koch

8. März 200612 Thomas Lippert

Simulation der OzonschichtAtmosphären- und Klimaforschung am FZJ

Untersuchungen und Fragen:• Simulation: Ozonverlust in der

Stratosphäre• Mit welcher Rate ändert sich das

Klima?• Inwieweit beeinflusst der Mensch

das Klima?• Ozonloch auch über der Arktis?• Wie groß ist die Gefahr für Europa?• Welchen Einfluss hat die Nutzung

von Land?• Wie interagiert die atmosphärische

Chemie mit dem Klima (z.B. FCKW)?

• Genauigkeit wird durch JUBL potenziert

Prof. Martin Riese et al. (FZJ), Prof. Andreas Wahner (FZJ)

8. März 200613 Thomas Lippert

Laser-beschleunigte ProtonenLaser-Plasma-Simulation am FZJ

Prof. Paul Gibbon, FZJ

Petawatt-Laser10 Milliarden Grad heiße

Elektronen

TumorbehandlungFusion

Teilchenbeschleuniger

8. März 200614 Thomas Lippert

GrundwasserverschmutzungGeophysik am FZJ

Prof. Harry Vereecken, FZJ

8. März 200615 Thomas Lippert

Vom Protein zur ZelleBiophysik am FZJ

Verständnis von Proteinen und Zellen

JUBL Großprojekt “Blue Cell” Petaflop/s

Prof. Uli Hansmann (FZJ), Dr. A. Baumgärtner (FZJ)

• Reaktionsnetzwerke von Biomolekülen in der Zelle (Systembiologie) • Fehlfaltung von Proteinen (Alzheimer)• Transport von Proteinen durch Membranen• Docking

8. März 200616 Thomas Lippert

Bedarf in Deutschland(Angaben in Teraflop/s)

Forschungsbereich 2005-2007 2007-2009 2010

Klima- und Erdsystemforschung 20 50-100 >500

Geophysik 1 10-100 >1000

Nanoelektronik und -technologie 1 10-50 >200

Festkörperphysik 1 50-100 >1000

Strömungsmechanik 2.5-10 25-100 >1000

Astrophysik 10 50-100 >500

Elementarteilchen- und Hadronphysik 30 100 >1000

Materialwissenschaft 10 50-100 >500

Theoretische Chemie 3 25-125 >300

Weiche Materie 3 30 >200

Biophysik und Bioinformatik 3-15 15-80 >1000

Plasmaphysik 10 50 >500

Quelle: A.Bode, W. Hillebrandt und Th. Lippert: Studie „Petaflop-Computing mit Standort Deutschland im europäischen Forschungsraum“ für das BMBF (2005)

8. März 200617 Thomas Lippert

Multi-Gigabit

Backend Network

Globales File-System

General PurposeRechner

>50 Teraflop/s

HochskalierenderRechner

>250 Teraflop/s

Multi-PetaByteBand-Archiv

…

SLQCD

SLNanoscience

+MolecularMaterials

SLGeosphere

SLBiology

SLNeuroscience

NICTeams

SupportSuper Computing

John von Neumann-Institut (NIC)John von Neumann-Institut (NIC)

Topical CenterGridKa

Topical CenterDESY/NIC

Topical CenterGSI/NIC

Topical CenterNIC

Topical CenterIME/FZJ

Topical CenterICG/FZJ

Topical CenterIFF/FZJ

Topical CenterAWI

Das integrierte Helmholtz-Konzept(Ausbau 2007)

8. März 200618 Thomas Lippert

A und O: Starke und verlässliche Partner

General Purpose-System (GP)

• Große Breite, komplexe Aufgaben

SMP und PC-Cluster

Hochskalierendes System (HS)

• Grand Challenges

Blue Gene/L, Blue Gene/P

Array-Prozessor-System (AP)

• Innovative Zukunftstechnologien

Cell-Processor, FPGAs, GPUs

Kooperation mitIBM Böblingen

ParTec GmbH MünchenPathScale Inc. USA

FZ-Jülich

Kooperation mit IBM Watson Research

Centre inYorktown Heights

FZJ will Mitglied des Cell-Konsortiums

werden. Bau eines Cell-basierten SuperrechnersFZJ, IBM, Universitäten

8. März 200619 Thomas Lippert

Richtung Europa: DEISA & HPCEUR

• Wettbewerb aufnehmen mit USA, Japan und China

Kooperation zwischen England, Frankreich, Deutschland,

Niederlande, Finnland und Italien

• Ziel: Mehrere Petaflop-Zentren in Europa bis 2009

• Kern der e-Infrastruktur in EU

• Kooperationsmodell: DEISA

8. März 200620 Thomas Lippert

Zukunft des NIC:Auf dem Weg zum europäischen Zentrum

• 1. Schritt: Anfang 2006 Realisierung eines dualen Rechnerkonzeptes• Hochskalierendes System (HS) mit 45 Teraflop/s – JUBL • General-Purpose-System (GP) mit 9 Teraflop/s – JUMP leistungsstärkstes und flexibelstes Zentrum in Europa

• 2. Schritt Mitte 2007Ausbau des dualen Rechnerkonzeptes • 250 Teraflop/s HS• 50 Teraflop/s GP Deutschland bleibt mit NIC in Führung in Europa

• 3. Schritt 2009/10Europäischer Ausbau des NIC• 2 Petaflop/s HS• 400 Teraflop/s GP Die führenden Experten Europas sollen in Deutschland rechnen!

Beste Voraussetzungen, ein europäisches

Zentrum nach Deutschland zu

holen