JUBL IBM Blue Gene/L im Forschungszentrum Jülich Auf dem Weg zum Peta-Computer in Europa Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert Forschungszentrum Jülich 8. März 2006

8. März 2006 Thomas Lippert

8. März 2006 Thomas Lippert

JUBL Jülicher Blue Gene/L 16384 Prozessoren 45.6 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde = 45.6 Teraflop/s Platz 1 aller Rechner in Europa 8. März 2006 Thomas Lippert

IBM Blue Gene-Philosophie Paradigmenwechsel im Supercomputing Unser Gehirn niedrige Frequenz hochparallel kompakt geringe Abwärme Kompakt, da Licht nur ca. 40 cm pro Takt schafft Blue Gene-Prinzip: kleine Frequenz verringert Abwärme ( f2) gigantische Leistung ( f) mit tausenden von synchronisierten Prozessoren Quellen: Ray Kurzweil, Hans Moravec 8. März 2006 Thomas Lippert

Blue Gene/L-Architektur Ein Konzept für Peta-Computing? 180 Gigaflop/s Node Book = 64 CPUs 5.6 Teraflop/s Rack = 2048 CPUs 45.6 Teraflop/s JUBL= 8 Racks = 16348 CPUs Blue Gene /L: Parallelcomputing an der Spitze des technisch Möglichen Card = 4 CPUs 11.2 Gigaflop/s Blue Gene /P: Petaflop/s bis 2008 1 Billiarde Operationen pro Sekunde 5.6 Gigaflop/s Node = 2 CPUs 8. März 2006 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. März 2006 Thomas Lippert

FZJ Grand Challenges und Supercomputing Wissenschaftliches Rechnen Information Nanoelektronische Elemente und Systeme Umwelt Bio-Geo- Systeme Gesundheit Bio- und Neuro- wissenschaften Energie Energieerzeugung der Zukunft Physik Physik der kondensierten Materie 8. März 2006 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 2006 Thomas Lippert

Bandbreite der Simulationsprojekte am NIC Energie Nachhaltigkeit Plasmaphysik Biophysik Gesundheit Superstrings und fundamentale Theorien Geophysik Klima Umwelt Technik Astrophysik Kosmologie Teilchenphysik Struktur der Materie Materialwissenschaft Chemie 8. März 2006 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 2001: 4 AT/unit cell 1988: 2 AT/unit cell 2006: 15 AT/unit cell Dr. Eva Pavarini, Dr. Erik Koch Prof. Stefan Blügel et al. (FZJ) 8. März 2006 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) 8. März 2006 Thomas Lippert

Laser-beschleunigte Protonen Laser-Plasma-Simulation am FZJ Petawatt-Laser 10 Milliarden Grad heiße Elektronen Tumorbehandlung Fusion Teilchenbeschleuniger Prof. Paul Gibbon, FZJ 8. März 2006 Thomas Lippert

Grundwasserverschmutzung Geophysik am FZJ Prof. Harry Vereecken, FZJ 8. März 2006 Thomas Lippert

Vom Protein zur Zelle Biophysik am FZJ Verständnis von Proteinen und Zellen JUBL  Großprojekt “Blue Cell”  Petaflop/s Reaktionsnetzwerke von Biomolekülen in der Zelle (Systembiologie) Fehlfaltung von Proteinen (Alzheimer) Transport von Proteinen durch Membranen Docking Prof. Uli Hansmann (FZJ), Dr. A. Baumgärtner (FZJ) 8. März 2006 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 10-50 >200 Festkörperphysik Strömungsmechanik 2.5-10 25-100 Astrophysik 10 Elementarteilchen- und Hadronphysik 30 100 Materialwissenschaft Theoretische Chemie 3 25-125 >300 Weiche Materie Biophysik und Bioinformatik 3-15 15-80 Plasmaphysik 50 Quelle: A.Bode, W. Hillebrandt und Th. Lippert: Studie „Petaflop-Computing mit Standort Deutschland im europäischen Forschungsraum“ für das BMBF (2005) 8. März 2006 Thomas Lippert

Das integrierte Helmholtz-Konzept (Ausbau 2007) John von Neumann-Institut (NIC) General Purpose Rechner >50 Teraflop/s Hochskalierender Rechner >250 Teraflop/s Multi- Gigabit Backend Network Topical Center GridKa Topical Center DESY/NIC GSI/NIC NIC IME/FZJ ICG/FZJ IFF/FZJ AWI SL QCD Nanoscience + Molecular Materials Geosphere Biology Neuroscience Globales File-System Multi-PetaByte Band-Archiv NIC Teams Super Support Computing … Simulation Laboratories (SL) 8. März 2006 Thomas Lippert

A und O: Starke und verlässliche Partner Kooperation mit IBM Böblingen ParTec GmbH München PathScale Inc. USA FZ-Jülich 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 Watson Research Centre in Yorktown Heights FZJ will Mitglied des Cell-Konsortiums werden. Bau eines Cell-basierten Superrechners FZJ, IBM, Universitäten 8. März 2006 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 2006 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 8. März 2006 Thomas Lippert