Forschungsbericht 2017 - Deutsches Klimarechenzentrum

Mistral: Endausbau des Hochleistungsrechners am DKRZ nimmt Betrieb auf

Autoren
Böttinger, Michael; Meyer, Jana
Abteilungen
Deutsches Klimarechenzentrum, Hamburg
Zusammenfassung
Im Juli 2016 nahm die zweite Ausbaustufe von Mistral, dem dritten „Hochleistungsrechnersystem für die Erdsystemforschung“ (HLRE-3) am DKRZ, den Nutzerbetrieb auf. Das System der Firma Atos/Bull liefert der deutschen Klimaforschung eine Spitzenrechenleistung von rund 3,6 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde. Auf der Novemberliste der TOP500 erreichte der Endausbau Platz 34 weltweit und ist aktuell das drittstärkste deutsche HPC-System. Mit einer Festplattenkapazität von 54 Petabyte landet Mistral beim Vergleich der größten Festplattensysteme auf der vi4io.org-Liste auf Platz zwei weltweit.

Am 28. Juni 2016 übergab die Firma Atos/Bull die zweite Ausbaustufe des Supercomputers Mistral an das Deutsche Klimarechenzentrum (DKRZ) in Hamburg. Seit dem 4. Juli 2016 steht Mistral, das dritte „Hochleistungsrechnersystem für die Erdsystemforschung“ (HLRE-3), der deutschen Klimaforschung nunmehr mit einer Spitzenrechenleistung von rund 3,6 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde zur Verfügung.

Die Rechenleistung von Mistral

Diese Rechenleistung liefern rund 3.000 Rechnerknoten von Atos/Bull des Typs bullx DLC 720 mit insgesamt mehr als 100.000 Prozessorkernen auf Basis von Intel-Prozessoren der Typen Xeon E5-2680v3 12C mit einer Taktfrequenz von 2,5 Gigahertz (Haswell) sowie E5-2695V4 18C mit einer Taktfrequenz von 2,1 Gigahertz (Broadwell). Damit ist es das größte Hochleistungsrechnersystem der Firma Atos/Bull in der TOP500, der Liste der weltweit leistungsfähigsten Supercomputer. Auf der Liste vom November 2016 erreichte der Endausbau von Mistral am DKRZ mit einer LINPACK-Rechenleistung von 3,01 PetaFLOPS den Platz 34 weltweit und ist aktuell das drittleistungsstärkste HPC-System in Deutschland.

Energieeffiziente Kühlungstechnologie

Dank der eingesetzten Warmwasser-Technologie zur Kühlung von Prozessoren und Hauptspeicher ist Mistral sehr energieeffizient: Trotz einer etwa 20-fachen Leistungssteigerung im Vergleich zu seinem Vorgängersystem, dem HLRE-II „Blizzard“, ist der Stromverbrauch sogar etwas gesunken.

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Abb. 1: Seit 1993 ist die Rechenleistung in der Top500 und am DKRZ etwa um das 1.000.000-Fache gestiegen. Das Hochleistungsrechnersystem für die Erdsystemforschung „Mistral“ belegt auf der aktuellen November-Liste der TOP500 Platz 34.

 Das Festplattensystem von Mistral

Um die besonders datenintensiven Anforderungen der Klimamodellierer zu erfüllen, unterscheidet sich das System von den meisten anderen Hochleistungsrechnern vor allem durch ein besonders großes und leistungsfähiges Festplattenspeichersystem. Dieses wurde von der Firma Seagate geliefert und hat eine Kapazität von 54 Petabyte; es wurde beim Vergleich der größten Festplattensysteme auf der vi4io.org-Liste sogar auf Platz zwei weltweit eingestuft. Die Spitzentransferrate des Lustre-basierten Dateisystems beträgt 450 Gigabyte/s; das entspricht dem Datenvolumen von etwa 100 Spielfilmen pro Sekunde! 

Das Gesamtsystem ist auf etwa 80 meist tonnenschwere, telefonzellengroße Schränke verteilt, die untereinander mit Bündeln von Glasfaserleitungen und Hochleistungsnetzwerkkomponenten der Firma Mellanox verbunden sind.

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Abb. 2: Das nunmehr voll ausgebaute Hochleistungsrechnersystem für die Erdsystemforschung „Mistral“ wurde am 4. Juli 2016 am DKRZ in Hamburg in Betrieb genommen.

Mistral sichert Deutschlands Spitzenposition in der Klimaforschung

Mistral ermöglicht es Klimaforschern, höher aufgelöste Klimasimulationen durchzuführen, weitere Prozesse in Erdsystemmodellen zu berücksichtigen oder die Unsicherheiten in Klimaprojektionen zu reduzieren.

In Planung sind etwa Berechnungen für das umfangreiche internationale Modellvergleichsprojekt CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) und damit auch für den deutschen Beitrag zum nächsten Weltklimabericht. In einem weiteren Projekt wird die Bildung von Wolken und Niederschlag genauer untersucht: Mit Mistral können erstmals regionale hochauflösende Simulationen für ganz Deutschland mit einer Gitternetzauflösung von nur 100 Metern durchgeführt werden. Damit ist es nun möglich, kleinräumige Prozesse wie die Bildung von Wolken und Niederschlag, die in gröberen Modellen parametrisiert werden müssen, explizit zu berechnen.

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