Eine Trillion Rechenoperationen pro Sekunde 16. Jun 2022 Von Stefan Asche

Erster europäischer Exascale-Supercomputer kommt nach Jülich

EuroHPC JU, das European High Performance Computing Joint Undertaking, wählt das Forschungszentrum Jülich aus, um den ersten europäischen Supercomputer der nächsten Generation zu betreiben.

So sieht der Vorgänger von „Jupiter" aus: "Jewels“.
Foto: Sascha Kreklau/Forschungszentrum Jülich

Die Entscheidung ist gefallen: Das Forschungszentrum Jülich wird Standort des ersten europäischen Exascale-Rechners. Der Supercomputer soll als erster Rechner in Europa die Grenze von 1 Trillion Rechenoperationen pro Sekunde – einer „1“ mit 18 Nullen – brechen. Der Exascale-Rechner wird dazu beitragen, bedeutende und drängende wissenschaftliche Fragen zu lösen – etwa zum Klimawandel, zur Bewältigung von Pandemien und zur nachhaltigen Energieerzeugung – und den intensiven Einsatz von künstlicher Intelligenz sowie die Analyse großer Datenmengen ermöglichen. Die Gesamtkosten für das System belaufen sich auf 500 Mio. €. 250 Mio. € werden von der europäischen Supercomputing-Initiative EuroHPC JU und 250 Mio. € zu gleichen Teilen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (MKW NRW) getragen.

Das Zuhause wird extra gebaut

Der Rechner mit dem Namen „Jupiter“ (Joint Undertaking Pioneer for Innovative and Transformative Exascale Research) wird ab 2023 in einem eigens dafür errichteten Gebäude auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich installiert werden. Als Betreiber ist das Jülich Supercomputing Centre (JSC) vorgesehen, dessen Superrechner „Juwels“ und „Jureca“ aktuell bereits zu den leistungsfähigsten Supercomputern der Welt gehören. Das JSC hat als Mitglied des Gauss Centre for Supercomputing (GCS), eines Vereins der drei nationalen Höchstleistungsrechenzentren JSC in Jülich, High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS) und Leibniz Rechenzentrum (LRZ) in Garching, an dem Bewerbungsverfahren für einen High-End-Supercomputer teilgenommen. Ausgerichtet wurde der Wettbewerb durch die europäische Supercomputing-Initiative EuroHPC JU, zu der sich die Europäische Union gemeinsam mit europäischen Ländern und privaten Unternehmen zusammengeschlossen hat.

Quantensimulation ersetzt Quantencomputer

Der Entschluss über den Standort des ersten europäischen Exascale-Rechners fiel vergangenen Dienstag im finnischen Kajaani. Dort wurde zugleich Europas erster Prä-Exascale-Computer eingeweiht: „Lumi“. Er, der seit Anfang Juni schnellste Rechner Europas, belegt den dritten Platz auf der aktuellen TOP500-Liste der leistungsfähigsten Rechner der Welt. An deren Spitze steht seit Mai offiziell erstmals ein Exascale-Rechner, der US-amerikanische Superrechner „Frontier“.

So stark wie 5 Mio. Notebooks

Mit „Jupiter“ soll nun erstmals ein Superrechner in Europa den Sprung in die Exascale-Klasse schaffen. Der Rechner wird von der Rechenleistung her stärker sein als 5 Mio. moderne Notebooks oder PCs. Er wird wie der aktuelle Jülicher Spitzenrechner „Juwels“ auf einer dynamischen modularen Supercomputer-Architektur basieren, die das Forschungszentrum Jülich gemeinsam mit europäischen und internationalen Partnern in den europäischen DEEP-Forschungsprojekten entwickelt hat.

Jewels: Supercomputer made in Jülich

Bei einem modularen Superrechner werden unterschiedliche Rechenmodule miteinander gekoppelt. Dies ermöglicht es, Programmteile komplexer Simulationen auf mehrere Module zu verteilen, sodass die jeweils unterschiedlichen Hardware-Eigenschaften optimal zum Tragen kommen. Aufgrund der modularen Bauweise ist das System zudem gut darauf vorbereitet, Zukunftstechnologien wie Quantencomputer-Module oder neuromorphe Module, die die Funktionsweise des Gehirns nachbilden, zu integrieren.

„Turbolader“ ist integriert

„Jupiter“ wird in seiner Ausgangskonfiguration über ein enorm rechenstarkes Booster-Modul mit hocheffizienten grafikprozessorbasierten Rechenbeschleunigern verfügen. Massiv parallele Anwendungen lassen sich durch diesen Booster ähnlich wie durch einen Turbolader beschleunigen – beispielsweise, um hochaufgelöste Klimamodelle zu berechnen, neue Materialien zu entwickeln, komplexe Zellprozesse und Energiesysteme zu simulieren, Grundlagenforschung voranzutreiben oder rechenintensive Machine-Learning-Algorithmen der neuesten Generation zu trainieren.

Gigantischer Energiebedarf

Eine große Herausforderung ist der Energiebedarf, der für eine derart große Rechenleistung erforderlich ist. Die erwartete mittlere Leistung beträgt bis zu 15 MW. „Jupiter“ ist allerdings als „grüner“ Rechner konzipiert – und soll mit Ökostrom betrieben werden. Die vorgesehene Warmwasserkühlung soll dazu beitragen, dass der Rechner höchste Effizienzwerte erreicht. Zugleich eröffnet die Kühltechnologie die Möglichkeit, die entstehende Abwärme intelligent zu nutzen, etwa indem „Jupiter“ wie das Vorläufersystem „Juwels“ an das neue Niedertemperaturnetz auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich angeschlossen wird. Weitere Nutzungsmöglichkeiten für die Abwärme werden aktuell vom Forschungszentrum Jülich untersucht.

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