Wie man einen Supercomputer baut

Im vergangenen Sommer fuhren drei Lastwagen mit einer ungewöhnlichen Fracht durch den Norden Englands. Für 150 Meilen wurden fast 500 Computer zum Schutz einzeln in eine Bettdecke gewickelt.

Diese Computer waren einst Teil eines 13-Tonnen-Supercomputers in Cheshire und wurden in ihr neues Zuhause an der Durham University verlegt. Nach Monaten sorgfältiger Installation hat sich dieser gebrauchte Supercomputer zu einer der größten Maschinen des Landes für die Astronomieforschung entwickelt.

Mit 4,3 Petabyte Speicher verfügt es über rund ein Zehntel des Speichers des schnellsten Supercomputers in Großbritannien (Cray XC40 von Met Office) und eine Verarbeitungsleistung von 166 TeraFlops im Vergleich zu Crays rund 7.000 TeraFlops.

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Das Zusammenbauen des Computers war laut Lydia Heck, die die Computer seit 30 Jahren am Durham Institute of Computational Cosmology betreibt, eine Gemeinschaftsanstrengung. Forscher, Studenten und Professoren meldeten sich freiwillig, um das Puzzle wieder zusammenzusetzen und einige der alten Geräte von Durham mit den in den Lastwagen transportierten Computern zu kombinieren.

Dazu gehörte es, jede der 2.400 Speicherplatten aus acht Racks herauszunehmen, neu zu installieren und dann wochenlang zu versuchen, Fehler zu finden und zu korrigieren.

Warum Supercomputer so wichtig sind

Supercomputer spielen eine entscheidende Rolle in der wissenschaftlichen Forschung, da das Überschreiten der Grenzen des Wissens immer leistungsfähigere Computer erfordert, die Tausende von Berechnungen pro Sekunde ausführen können.

Astronomie, Chemie, Biologie und Wettervorhersage basieren auf der Leistung von Supercomputern. Supercomputer sind nicht nur die leistungsstärksten Computer. Sie arbeiten ganz anders als normale Computer. Sie führen viele Berechnungen gleichzeitig durch, die als Parallelverarbeitung bezeichnet werden, und nicht den Computer, auf dem Sie dies lesen, auf dem jede Aufgabe einzeln ausgeführt wird.

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In der Regel werden sie zur Berechnung komplexer Probleme verwendet, von denen viele exponentiell sind. Dies bedeutet, dass Sie jedes Mal, wenn Sie einen Parameter hinzufügen möchten, die für eine Simulation erforderliche Leistung verdoppeln.

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Rechenleistung ist beispielsweise seit langem ein begrenzender Faktor in der Astronomie. In den 1980er Jahren diskutierten die Forscher darüber, ob sich das Sonnensystem chaotisch bewegte oder nicht, aber erst als leistungsfähigere Computer erfunden wurden, war die Debatte beigelegt, es ist etwas chaotisch.

Upcycling-Supermächte

Durhams 'Upcycled' -Supercomputer ist jetzt in Betrieb und trägt zur nationalen Forschungseinrichtung DiRAC in Großbritannien bei, die sich darauf spezialisiert hatForschung in Teilchenphysik, Astronomie und Kosmologie. Die neue Maschineführt Codes für die Erforschung der Teilchenphysik, Kernphysik, Astronomie und Kosmologie aus. Forscher aus dem ganzen Land können Zeit auf der Maschine beantragen, auf die von überall auf der Welt aus per Fernzugriff zugegriffen werden kann.

Der Betrieb eines Supercomputers ist jedoch viel mehr als man denkt. Die Maschine benötigt ein unterbrechungsfreies Stromnetz, Wasser- und Luftkühlung und verfügt über eigene Dieselgeneratoren zur Notstromversorgung.

Beim Betreten des Raums, in dem sich die Maschine befindet, im Erdgeschoss des Geowissenschaftsgebäudes von Durham, sind die ersten Empfindungen die Hitze und der Lärm.

Es gibt hier mehr als 500 Computer, die alle schreien, sagt Heck. Stellen Sie sich die Wärme vor, die von Ihrem eigenen Desktop-Computer oder Laptop erzeugt werden kann, und multiplizieren Sie diese mit 500.

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Stickstoffdosen im Wert von £ 150.000 werden auf dem Dach aufbewahrt und sind bereit, im Brandfall eingesetzt zu werden. Da Wasser nicht mit der von diesen Maschinen abgegebenen Energie mithalten kann, besteht die einzige Möglichkeit darin, ein Sauerstofffeuer zu verhungern.

Nebenan liegt der kleine Bruder des neuesten Supercomputers, eine dürftige Aufstellung von rund 200 Computern, die langsam außer Betrieb genommen wird. Jedes Mal, wenn eine der Maschinen kaputt geht, lässt Heck das Team sie einfach sterben, anstatt sie zu reparieren.

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Einige der Codes, die ständig auf dem Computer ausgeführt werden, halten Millionen von Rechenstunden, was bedeutet, dass kein Platz für einen Stromausfall oder gar einen Ausfall vorhanden ist. Ein Generator versorgt das Stromnetz des Computers, während im Notfall zwei Dieselgeneratoren auf dem Campus zur Verfügung stehen. Letztes Jahr mussten wir diese ein paar Mal benutzen, sagt Heck, aber dieses Jahr zum Glück nicht so sehr - sie machen so einen Schläger und riechen nicht zu angenehm!

Das in Durham installierte datenzentrierte DiRAC-HPC-System wurde durch die Bereitstellung von COSMA6 erweitert, einem Computer mit 8.000 Intel Sandy Bridge-Kernen und 4,3 Petabyte Speicher. Die zusätzliche Ressource wurde benötigt, um die Wettbewerbsfähigkeit der von DiRAC genutzten Forschungsgemeinschaft ab April dieses Jahres für 12 Monate aufrechtzuerhalten.

Das neue HPC-System an der Durham University ist ein Beweis für die Fähigkeiten aller Projektbeteiligten, die in der Lage waren, einen gebrauchten Cluster neu zu installieren, neuen RAM-Speicher hinzuzufügen und eine Lösung zu entwickeln, die für die Forschungsgemeinschaft von unschätzbarem Wert sein wird , kommentiert Julian Fielden, Geschäftsführer des Computerdienstleisters OCF. Wir arbeiten seit langem mit der Durham University zusammen und freuen uns sehr, an einem so einzigartigen Projekt beteiligt gewesen zu sein.

Und nichts davon wäre ohne Heck möglich gewesen. Nach einem Nachmittag mit ihr und ihren Supercomputern ist klar, wie sehr sie die Maschinen liebt - ein ansteckendes Gefühl. In ihren Jahrzehnten bei Durham hat sie weiterhin eng mit Studenten zusammengearbeitet. Sie sagt, es liegt daran, dass sie mich jung halten.

Heck ist vor allem begeistert davon, junge Frauen zum Ingenieurwesen zu inspirieren, und obwohl Studenten die Korridore passieren und Forscher möglicherweise sogar die Fähigkeiten der Supercomputer nutzen könnten, ohne Heck zu treffen, ist sie ein grundlegender Teil der Universität und der breiteren Forschung Gemeinschaft.

Bilder: Abby Beall