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Extremwetter im Hochleistungsrechner

21.01.2009 - Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) erweitert mit einem neuen IBM Hochleistungscomputer seine Rechenkapazität um das 30fache. Der neue Computer kann hochkomplexe Simulationen mit neuesten wissenschaftlichen Modellen berechnen – und das mithilfe der eingesetzten „IBM iDataPlex-Technologie“ besonders energiesparend. Die Klimaforscher wollen mit dem neuen Rechner genauere Aussagen etwa über das bislang nicht berechenbare Auftreten von Extremwettern wie Starkregen oder Dürreperioden treffen.
Extremwetter im Hochleistungsrechner

Eines der vier "Racks" des neuen Hochleistungsrechners: Die Einzelrechner sind zu je 40 darin gestapelt und über optische Kabel (Lichtwellenleiter, orange) zu einem Hochgeschwindigkeitsnetzwerk verknüpft. Quelle: K. Kramer, PIK

Gemeinsame Mitteilung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und der IBM Deutschland GmbH

Der jetzt in Betrieb genommene Hochleistungscomputer hat eine theoretische Rechenleistung von 30 Teraflops (30 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde). Das entspricht mehr als dem 1000fachen der Rechenleistung eines heute handelsüblichen PCs mit einem Drei-Gigahertz-Dualcore-Prozessor. Der PIK-Rechner würde auf der im November vergangenen Jahres veröffentlichten Top-500-Liste der schnellsten Rechner der Welt einen Platz im oberen Viertel belegen. Entscheidend für die Wahl dieses Systems war aber seine hohe Energieeffizienz: „In der Grünen Top-500-Liste der besonders energiesparenden Supercomputer würde der neue Rechner mit einer geschätzten Leistung von 230 Megaflops pro Watt einen Top-Ten-Platz bei x86-Clustern einnehmen“, sagt Karsten Kramer, Leiter des IT-Service des PIK. Exakte Messwerte würden für die nächste, im Juni 2009 erscheinende Liste eingereicht.

Die hohe Rechenleistung ist heute unverzichtbar: Simulation im Computer ist neben Theorie und Experiment zur dritten Säule der Wissenschaft geworden. Schwerpunkt der Forschung am PIK ist die Modellierung möglicher Entwicklungen und Auswirkungen des Klimas und die Analyse der verschiedenen Szenarien. Eine Herausforderung für die Klimamodellierung besteht darin, Aussagen über möglichst kleinräumige Veränderungen und kurze Zeiträume zu treffen. Genau dafür soll das neue Computersystem eingesetzt werden.

Stürme etwa sind Wetterphänomene, die nur rund zwei Wochen anhalten. Dürreperioden können beispielsweise ein bis zwei Monate andauern. Diese Zeiträume sind für Modelle zu kurz, die üblicherweise Entwicklungen über Jahrzehnte berechnen. In einem neuen Projekt zur Extremwetter-Simulation am PIK sollen solche Einzelereignisse nun in so genannten Ensemble-Simulationen untersucht werden. Dabei wird das Auftreten eines Extremereignisses 20 bis 50 Mal simuliert. Diese umfangreichen Berechnungen lassen Rückschlüsse darauf zu, wann und wo Extremereignisse auftreten und wie sie sich auswirken könnten – wichtige Informationen für die Anpassung an den Klimawandel.

"Der globale Klimawandel ist mit seinen Auswirkungen eine der größten Herausforderungen für unsere Zukunft. Der Einsatz der IBM Lösung für die Klimafolgenforschung am PIK ist ein weiteres Beispiel dafür, wie innovative Technologien dazu beitragen, Antworten auf äußerst komplexe Fragen zu finden", erläutert Martin Jetter, Vorsitzender der Geschäftsführung der IBM Deutschland GmbH.

Die IBM iDataPlex-Technologie kombiniert hohe Rechenleistung und Energieeffizienz. Sämtliche Prozessoren werden über wassergekühlte Schranktüren gekühlt. Die durch die Speichersysteme entstehende Wärme wird dagegen direkt durch Lüfter aus dem Gebäude transportiert. Für das PIK war zudem wichtig, das neue Hochleistungsrechnersystem optimal in die bestehende IT-Infrastruktur und Betriebsumgebung integrieren zu können.

Der neue Supercomputer besteht aus Rechenmodulen mit jeweils 32 Gigabyte Hauptspeicher, die über ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk miteinander kommunizieren. Über ein davon getrenntes Speichernetzwerk sind zudem IBM-Speichersysteme der neuesten Generation angeschlossen. So stehen auf Basis des IBM General Parallel File System (GPFS) 200 Terabyte Datenspeicher zur Verfügung – genug Speicher für den Inhalt von circa zehn Millionen Büchern. Diese Menge würde ein etwa 100 Kilometer langes Regal füllen. Zur Sicherung werden die wissenschaftlichen Daten am PIK zudem in ein bereits vorhandenes Roboter-gesteuertes Magnetbandarchiv geschrieben.

Die IBM stellt Hardware, Software und Dienstleistungen für den neuen Computer. Zusätzlich wurden Systemservice und technische Unterstützung über mehrere Jahre vereinbart. Das PIK arbeitet bereits seit seiner Gründung mit IBM Computertechnologie. Der erste Supercomputer, ein IBM SP2 wurde 1993 installiert. In den Jahren 2000, 2003, 2006 und 2008 wurden jeweils neue, leistungsfähigere Systeme installiert.


Weitere Informationen über IBM: www.ibm.com

 

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