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8. März 20061 JUBL IBM Blue Gene/L im Forschungszentrum Jülich Auf dem Weg zum Peta-Computer in Europa Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert Forschungszentrum Jülich.

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1 8. März JUBL IBM Blue Gene/L im Forschungszentrum Jülich Auf dem Weg zum Peta-Computer in Europa Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert Forschungszentrum Jülich

2 8. März Thomas Lippert

3 8. März Thomas Lippert

4 8. März Thomas Lippert JUBL Jülicher Blue Gene/L Prozessoren 45.6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde Platz 1 aller Rechner in Europa = 45.6 Teraflop/s

5 8. März Thomas Lippert IBM Blue Gene-Philosophie Paradigmenwechsel im Supercomputing Unser Gehirn niedrige Frequenz hochparallel kompakt geringe Abwärme Blue Gene-Prinzip: kleine Frequenz f 2 verringert Abwärme ( f 2 ) f gigantische Leistung ( f) mit tausenden von synchronisierten Prozessoren Quellen: Ray Kurzweil, Hans Moravec Kompakt Kompakt, da Licht nur ca. 40 cm pro Takt schafft

6 8. März Thomas Lippert Blue Gene/L-Architektur Ein Konzept für Peta-Computing? 180 Gigaflop/s Node Book = 64 CPUs 45.6 Teraflop/s JUBL= 8 Racks = CPUs 5.6 Teraflop/s Rack = 2048 CPUs Blue Gene /P: Petaflop/s bis Billiarde Operationen pro Sekunde Blue Gene /L: Parallelcomputing an der Spitze des technisch Möglichen Card = 4 CPUs 11.2 Gigaflop/s 5.6 Gigaflop/s Node = 2 CPUs

7 8. März Thomas Lippert Helmholtz-Gemeinschaft Zukunftsgestaltung 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 8. März Thomas Lippert FZJ Grand Challenges und Supercomputing Wissenschaftliches Rechnen Physik Physik der kondensierten MaterieInformation Nanoelektronische Elemente und SystemeUmwelt Bio-Geo- SystemeGesundheit Bio- und Neuro- wissenschaftenEnergie Energieerzeugung der Zukunft

9 8. März 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)

10 8. März Thomas Lippert Bandbreite der Simulationsprojekte am NIC Biophysik Gesundheit Geophysik Klima Umwelt Technik Materialwissenschaft Chemie Teilchenphysik Struktur der Materie Energie Nachhaltigkeit Energie Plasmaphysik Astrophysik Kosmologie Astrophysik Kosmologie Superstrings und fundamentale Theorien

11 8. März 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 cell 1988: 2 AT/unit cell 2001: 4 AT/unit cell 2006: 15 AT/unit cell Prof. Stefan Blügel et al. (FZJ) Dr. Eva Pavarini, Dr. Erik Koch

12 8. März Thomas Lippert Simulation der Ozonschicht Atmosphären- 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)

13 8. März Thomas Lippert Laser-beschleunigte Protonen Laser-Plasma-Simulation am FZJ Prof. Paul Gibbon, FZJ Petawatt-Laser 10 Milliarden Grad heiße Elektronen Tumorbehandlung Fusion Teilchenbeschleuniger

14 8. März Thomas Lippert Grundwasserverschmutzung Geophysik am FZJ Prof. Harry Vereecken, FZJ

15 8. März Thomas Lippert Vom Protein zur Zelle Biophysik 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

16 8. März Thomas Lippert Bedarf in Deutschland (Angaben in Teraflop/s) Forschungsbereich Klima- und Erdsystemforschung >500 Geophysik >1000 Nanoelektronik und -technologie110-50>200 Festkörperphysik >1000 Strömungsmechanik >1000 Astrophysik >500 Elementarteilchen- und Hadronphysik30100>1000 Materialwissenschaft >500 Theoretische Chemie >300 Weiche Materie330>200 Biophysik und Bioinformatik >1000 Plasmaphysik1050>500 Quelle: A.Bode, W. Hillebrandt und Th. Lippert: Studie Petaflop-Computing mit Standort Deutschland im europäischen Forschungsraum für das BMBF (2005)

17 8. März Thomas Lippert Multi- Gigabit Backend Network Globales File-System General Purpose Rechner >50 Teraflop/s Hochskalierender Rechner >250 Teraflop/s Multi-PetaByte Band-Archiv … SL QCD SL Nanoscience + Molecular Materials SL Geosphere SL Biology SL Neuroscience NIC Teams Support Super Computing John von Neumann-Institut (NIC) Topical Center GridKa Topical Center DESY/NIC Topical Center GSI/NIC Topical Center NIC Topical Center IME/FZJ Topical Center ICG/FZJ Topical Center IFF/FZJ Topical Center AWI Das integrierte Helmholtz-Konzept (Ausbau 2007)

18 8. März 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 mit IBM Böblingen ParTec GmbH München PathScale Inc. USA FZ-Jülich Kooperation mit IBM Watson Research Centre in Yorktown Heights FZJ will Mitglied des Cell-Konsortiums werden. Bau eines Cell- basierten Superrechners FZJ, IBM, Universitäten

19 8. März 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

20 8. März 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 2007 Ausbau des dualen Rechnerkonzeptes 250 Teraflop/s HS 50 Teraflop/s GP Deutschland bleibt mit NIC in Führung in Europa 3. Schritt 2009/10 Europäischer 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


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