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Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) - bwGRiD: High Performance Computing beim HLRS
  
 

„In einem virtualisierten Grid können unterschiedliche Betriebs­systeme gefahren werden und mehrere Nutzer können gleichzeitig Berechnungen ausführen. Das Grid wird dadurch flexibel für die verschiedensten Aufgaben nutzbar. Die Anwender müssen sich nicht darum kümmern, wo gerade die von ihnen benötigten Ressourcen verfügbar sind und wie sie Zugang dazu erhalten“, erläutert Uwe Küster, Abteilungsleiter Numerical Methods & Libraries am HLRS, die Gründe für die geplante Virtualisierung.
Kooperation erschließt Synergien
Ressourcen wie Daten, Software, Sensoren, Rechner und Rechnernetzwerke miteinander zu teilen, um die Leistunspotenziale besser auszuschöpfen - das ist die Grundidee des Grid-Computing. Dazu bündeln die Grid-Teilnehmer ihre IT-Ressourcen in einer virtuellen Organisation. Daten können dann einfacher ausgetauscht werden und für rechen- und speicherintensive Problemstellungen steht prinzipiell die gesamte Grid-Infrastruktur zur Verfügung.

Von Grid-Installationen erwarten Forschung und Industrie erhebliche Synergieeffekte. Auf der Kostenseite sind durch eine bessere Ressourcenauslastung deutliche Einsparungen bei gleichzeitig hoher Kostentransparenz möglich. Von kooperativen Problem­lösungsstrategien und strategischer Wissensvernetzung im Grid profitiert die Innovationskraft der teilnehmenden Organisationen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert daher seit März 2004 Grid-Computing-Projekte im Rahmen der deutschlandweiten D-Grid-Initiative.

Sieben Standorte in Baden-Württemberg sind Vorreiter
In 2007 bewilligte das BMBF die Installation eines ersten High Performance Computing (HPC) Clusters an insgesamt sieben universitären und universitätsnahen Standorten in Baden-Württemberg, das so genannte bwGRiD. Die technischen, wirtschaftlichen und koordinierenden Funktionen der Beschaffung, Planung und Umsetzung des in den D-Grid-Verbund eingegliederten bwGRiDs übernahm das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS).

bwGRiD Standorte:
  • HLRS Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart

  • Gemeinsamer Standort der Universitäten Ulm und Konstanz

  • Eigene Standorte der Universitäten Heidelberg, Freiburg, Tübingen, Mannheim und der Uni­versität Karlsruhe
Konsequentes Konzept zielt auf Virtualisierung
In der Ausschreibung des Projekts legte das HLRS anspruchsvolle Rahmenbedingungen für die Realisierung des HPC-Clusters fest. Besonderes Gewicht kam der technischen Konzeption zu, die auf der Basis performanter Technologien eine Virtualisierung der gesamten Grid-Infrastruktur in naher Zukunft ermöglichen soll.
„In einem virtualisierten Grid können unterschiedliche Betriebs­systeme gefahren werden und mehrere Nutzer können gleichzeitig Berechnungen ausführen. Das Grid wird dadurch flexibel für die verschiedensten Aufgaben nutzbar. Die Anwender müssen sich nicht darum kümmern, wo gerade die von ihnen benötigten Ressourcen verfügbar sind und wie sie Zugang dazu erhalten", erläutert Uwe Küster, Abteilungsleiter Numerical Methods & Libraries am HLRS, die Gründe für die geplante Virtualisierung.

Gefragt war also ein ganzheitlicher und zukunftsorientierter Lösungsansatz, der sowohl technische als auch organisatorische Anforderungen miteinander verknüpfte. Wichtige Entscheidungskriterien im Auswahlprozess unter elf Anbietern waren:
  • Übernahme der Generalunternehmerschaft
  • Qualität der angebotenen Technologie

  • Umfassende Dienstleistungen zur Implementierung

  • Forschungskooperation zur Grid-Virtualisierung

Blade-Technologie kombiniert mit Infiniband-Kommunikation
Das HLRS entschied sich für das Lösungskonzept von COMPAREX auf der Basis von IBM BladeCenter Technologie. Die eingesetzten HS21 XM Blades mit Harpertown Quadcore Prozessoren von Intel beinhalten acht mit 2,83 GHz getaktete Rechenkerne und 16 GB Hauptspeicher. Als Cluster Interconnect dient an allen Standorten ein Infiniband Fabric mit einer Punkt-zu-Punkt Performance von 20 Gbit/s. In den BladeCentern fungieren Infiniband Path Through Module als 1:1 Verbindungen zu den einzelnen Blades. Von der Gesamtleistung des bwGRiD ist etwa ein Drittel am Standort des HLRS installiert, die verbleibenden zwei Drittel sind auf die sieben weiteren Standorte verteilt.

Gesamtes Cluster


Hohe Anforderungen auch bei der Realisierung
Während der Konzeptarbeit und in der Umsetzungsphase waren die unterschiedlichen Bedürfnisse der Standorte zu berück­sichtigen: Die erwarteten Workloads mussten realistisch kalkuliert und die Hardware-Ausstattung entsprechend dimensioniert werden.

Bei der Infiniband-Verkabelung wurden die technischen Möglichkeiten der relativ begrenzten Kabellängen voll ausgeschöpft und unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimiert. Hinzu kamen Fragen der Klimatisierung, der Stromversorgung und der Aufstellmöglichkeiten. Die Erarbeitung der Installationspläne und die Abwicklung der Logistik erforderte eine hohe technische und organisatorische Kompetenz des Projektteams aus Mitarbeitern des HLRS und von COMPAREX.

Nach Abschluss aller Installationen ging jeder Standort für sich in eine intensive, an den individuellen Anforderungen ausgerichtete Testphase. „Ein umfangreiches und anspruchsvolles Projekt wurde in angemessener Zeit und höchster Qualität gemeistert, wobei die Leistungsbereitschaft und Kreativität aller Beteiligten die wichtigste Rolle spielte", fasst Uwe Küster die Erfahrungen aus diesem im Super-Computing wegweisenden Projekt zusammen.

Know-how Transfer mit COMPAREX
Dem Grundgedanken des Grid-Computing, durch das Sharing von Ressourcen Synergieeffekte zu erschließen, kommt im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens ebenso erhebliche Bedeutung zu, wie in der IT von Unternehmen. Daher profitieren Super-Computing-Vorhaben wie das bwGRiD-Projekt von der langjährigen Erfahrung und dem detaillierten Know-how, das COMPAREX bei der Infrastruktur-Optimierung und insbesondere bei Virtuali­sie­rungs- und Cluster-Technologien in beiden Bereichen erworben hat.