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High Performance Computing

Multi- and Many-Core Supercomputing

Hochleistungsrechnen (englisch: high-performance computing – HPC) umfasst einen bestimmten Bereich des computergestützten Rechnens, der für die Bearbeitung von Rechenaufgaben große Anforderung an die Rechenleistung und Speicherkapazität stellt. Hierbei spielt vor allem die parallele Verarbeitung von Rechenaufgaben eine wichtige Rolle. Programmierschnittstellen wie beispielsweise MPI erlauben es, Anwendungen für die auf parallele Verarbeitung ausgerichtete Architektur von Hochleistungsrechnern zu entwickeln. Solch optimierte Rechencluster sind auf eine möglichst schnelle Anbindung und extrem kurze Antwortzeiten der jeweiligen Computereinheiten untereinander angewiesen. An dieser Stelle kommen Hochgeschwindigkeitsübertragungstechnologien wie beispielsweise InfiniBand zum Einsatz. Die darauf laufenden Anwendungen unterliegen normalerweise spezifischen Softwareumgebungen und benötigen in der Regel ein Kommunikationsnetz mit geringer Latenz und hoher Bandbreite. Auch kann der Hauptspeicherbedarf sehr hoch sein. Um Wissenschaftler bei der Nutzung von HPC- Ressourcen zu unterstützen, hat das SCC neue fachspezifische Forschung und Servicestrukturen etabliert, die Simulation Laboratories.


Projekte

bwHPC-C5: Coordinated Compute Cluster Competence Centers

Um der weiter ansteigenden Bedeutung von Computational Science and Engineering in Forschung und Wissenschaft Rechnung zu tragen, wurde in Baden-Württemberg für das Hoch- und Höchstleistungsrechnen ein geschlossenes Landeskonzept entwickelt, das bis 2016 zu einem durchlässigen HPC-Ökosystem mit unterschiedlichen Leistungsklassen und Kompetenzzentren führen soll. Dieses bw-HPC-Konzept umfasst die Förderung des High Performance Computing auf allen Ebenen. Das vom Steinbuch Centre for Computing (SCC) des KIT koordinierte Begleitprojekt „bwHPC-C5“ (Coordinated Compute Cluster Competence Centers), das am 1. Juli 2013 offiziell gestartet ist und von den Universitäten und Hochschulen des Landes getragen wird, fungiert dabei als Bindeglied zwischen den Wissenschaftlern und HPC-Systemen der Einstiegsebene in Baden-Württemberg. Es beinhaltet eine föderierte, fachspezifische Benutzerbetreuung für die Ebene 3 und unterstützt den Übergang auf höhere HPC-Leistungsebenen.

 

Hoch-Durchsatz Proteinstrukturvorhersage auf
hybriden und verteilten Höchstleistungsarchitekturen (HPC-5)

Die große Herausforderung der kommenden Jahre, zu deren Lösung dieses von der Baden-Württemberg Stiftung geförderte Projekt einen wesentlichen Beitrag leistet, liegt in der Entwicklung von Hochdurchsatz-Verfahren zur quantitativen Vorhersage der dreidimensionalen Struktur von Proteinen mit nur geringer Sequenzähnlichkeit zu strukturaufgelösten Proteinen. In einer Kooperation zwischen dem SCC und dem Institut für Nanotechnologie (INT) werden neuartige Modelle und Algorithmen mit etablierten Techniken der Bioinformatik kombiniert, um die Struktur großer Proteine von direkter biologischer und pharmazeutischer Relevanz modellieren zu können. Der Einsatz effizienter Algorithmen auf HPC-Architekturen und die Nutzung neuer Prozessorarchitekturen (etwa GPU) kann hier unter Einsatz von Capability Computing bei der Bewältigung bislang ungelöster Probleme im Bereich der Lebenswissenschaften helfen.


Mehrskalige Materialmodellrechnungen auf Hochleistungsrechnerarchitekturen (MMM∂HPC)

In diesem FP7-Projekt bündeln Expertengruppen aus dem Materialforschungsbereich (Code-Entwickler), HPC-Ressourcenanbieter und Anwender aus der Industrie ihre Kompetenzen, um eine integrierte e-Infrastruktur für mehrskalige Modellrechnungen von Materialien (MMM@HPC) zu entwickeln und zur Verfügung zu stellen. Die offene MMM@HPC-Infrastruktur wird die Integration existierender Softwaremodule in adaptierbare Hochleistungsprotokolle und Workflows und gleichzeitig den Einsatz auf verteilten Rechenressourcen ermöglichen. MMM@HPC bringt akademische und industrielle Wissenschaftler aus dem Bereich „Computational Science“ in einer Community zusammen und trägt damit den Bedürfnissen dieser Community Rechnung, indem das Projekt auch mit anderen Europäischen Projekten, wie PRACE, und Organisationen zusammenarbeitet. Koordiniert wird das Projekt vom SCC und vom Institut für Nanotechnologie (INT).