Von TeraFLOPS zu PetaFLOPS: IBM Blue Gene HPC-Architektur

By | 19. Dezember 2013

Der Supercomputer JUQUEEN in JülichWährend unseres Interviews zu JUQUEEN schwärmte Dr. Norbert Attig vom Forschungszentrum Jülich geradezu von IBM Blue Gene, dieser Rechnerarchitektur, die in „seinem“ Supercomputer zum Einsatz kommt.

Genauer gesagt, wird diese HPC-Architektur in Jülich bereits seit vielen Jahren verbaut, damals noch als Blue Gene/L-Rechnerverbund, von dem die Anwender vom ersten Tag an begeistert waren. Grund genug für das Hightech Computing Blog, Blue Gene etwas genauer zu beleuchten.

IBM Blue Gene sollte parallel sein und in PetaFLOPS-Bereiche vorstoßen

Mit der Blue Gene-Serverarchitektur wollte IBM um jeden Preis einen Missstand beheben, den „Big Blue“ nicht weiter tatenlos akzeptieren wollte. So sollten mit IBM Blue Gene HPC-Cluster möglich sein, die eines Tages Berechnungen im PetaFLOPS-Bereich durchführen können. Daraus entwickelte sich ein Gemeinschaftsprojekt, das auf fünf Jahre angelegt war und Ende 2004 seinen ersten großen Erfolg feiern durfte.

Der damals noch im Aufbau befindliche Supercomputer des Lawrence Livermore National Laboratory auf IBM Blue Gene/L-Basis fand sich in der November-Ausgabe der Top-500-Liste auf Platz 1 wieder – was einer Sensation gleichkam. Dieser HPC-Verbund bestand aus insgesamt 32.768 Prozessorkernen und bot eine Rechenleistung von fast 71 TeraFLOPS. Zum Vergleich: Der zweitplatzierte SGI-Supercomputer schaffte im LINPACK-Benchmark gerade mal 52 TeraFLOPS.

PowerPC-Prozessoren mit 700 MHz und 360 Tera-FLOPS: IBM Blue Gene/L

Die erste Blue Gene-Architektur mit dem Zusatz „L“ bestand aus einem Basisbaustein, der sich aus zwei Prozessoren vom Typ PowerPC Embedded 440 mit 700 MHz, zwei Co-Prozessoren, einem Cache und einem Kommunikationssubssystem zusammensetzte. Das Besondere daran: Diese Basiseinheit konnte beliebig kombiniert werden, woraus sich theoretisch ein HPC-Verbund ergeben konnte, der insgesamt aus 131.072 Prozessoren bestand, die eine Rechenleistung von 360 TeraFLOPS erreichten. Solch ein System verbrauchte 1,2 Megawatt pro Stunde.

1 PetaFLOPS mit 294.912 CPU-Kernen: IBM Blue Gene/P

2007 wurde auf der International Supercomputing in Dresden die Nachfolge-Architektur IBM Blue Gene/P vorgestellt. Im Vergleich zu Blue Gene/L kamen schnellere Prozessoren zum Einsatz, die sich PowerPC 450 nannten und mit 850 MHz getaktet wurden. Darüber hinaus saßen auf jedem Knoten nicht mehr zwei, sondern vier Prozessorkerne, was bei gleichbleibenden Baugrößen eine Verdoppelung der möglichen Prozessoren pro Serverschrank bedeutete. So kam jedes Rack auf eine theoretische Rechenleistung von 14 TeraFLOPS, die Bandbreite des Netzwerks wurde mehr als verdoppelt und leistete nun 5,1 GBit/s.

Am 26. Mai 2009 war es dann soweit: Der auf Blue Gene/P basierende JUGENE Supercomputer im Forschungszentrum Jülich kam auf eine maximale Rechenleistung von 1 PetaFLOPS, die sich in einer Prozessoransammlung von 294.912 CPU-Kernen begründete. Damit nahm JUGENE in der Juni-Liste 2009 der Top 500 den dritten Platz weltweit ein, und das mit einer beeindruckenden Energieeffizienz, die bei 2,3 Megawatt lag.

20 PetaFLOPS und hohe Energieeffizenz: IBM Blue Gene/Q

Am 18. Juni 2012 erklomm ein IBM-Rechner den ersten Platz der Top-500-Liste der schnellsten Supercomputer der Welt. Sein Name: IBM Sequoia. Seine Aufgabe: Das Erforschen neuer Energiequellen und das Abschaffen unterirdischer Atomtests. Sein Standort: Lawrence Livermore National Laboratory. Seine Konfiguration: 1.572.864 Prozessorkerne vom Typ IBM PowerPC A2, der mit 1,6 GHz getaktet wird. Seine Architektur: IBM Blue Gene/Q. Seine maximale Rechenleistung: 20 PetaFLOPS, und das bei einer Stromaufnahme von unter 8 Megawatt. Dieser Rechner steht übrigens immer noch ganz weit oben auf der Top-500-Liste, genauer gesagt auf Platz 3.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass IBM Blue Gene schon lange im PetaFLOPS-Bereich angekommen ist, und damit Anwendungen ermöglicht, die vor eine paar Jahren noch nicht denkbar waren. Zudem bietet die HPC-Architektur eine sehr hohe Energieeffizienz, was sie für weitere Höchstleistungen geradezu prädestiniert.

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Michael Hülskötter

Ich schreibe im Auftrag der IBM Deutschland GmbH auf dem Hightech Computing Blog.
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2 thoughts on “Von TeraFLOPS zu PetaFLOPS: IBM Blue Gene HPC-Architektur

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