Projekte für den geplanten US-Supercomputer Summit

Das Oak Ridge National Lab hat erste Forschungsvorhaben vorgestellt, die ab 2018 auf dem Supercomputer "Summit" durchgeführt werden sollen. Neben Klassikern wie Klima- und Erdbebenanalyse finden sich einige auch internationale Spezialitäten.

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Obwohl sich der Supercomputer Summit noch in der Planungsphase befindet, hat das Oak Ridge National Lab (ORNL) nun erste Projekte vorgestellt, die mit Summit durchgeführt werden sollen. Dem ging, wie bei den Großrechnern an öffentlichen Forschungseinrichtungen üblich, eine Bewerbungsphase voraus, bei dem sich internationale Wissenschaftler um die streng zugeteilte Rechenzeit bemühen müssen. Der lange Vorlauf ist unter anderem deswegen wichtig, weil die Programme an die jeweilige Rechnerarchitektur angepasst werden müssen. Bei Summit sollen CPUs mit IBMs Power-Design zum Einsatz kommen, als Beschleuniger fungieren Nvidia-GPUs mit der übernächsten Architektur "Volta" des Chipherstellers. Die GPUs sind untereinander und mit den CPUs über den neuen Bus NVLink verknüpft.

Das niederländische Projekt DIRAC zu Quantenchemie erforscht den Umgang mit radioaktivem Material

(Bild: ORNL)

In der Liste des ORNL stehen nicht nur die klassischen Supercomputer-Anwendungen wie Klimaforschung, Erdbebenvorhersage und Astrophysik. Dass Großrechner neben der reinen Wissenschaft auch direkt für die kommerzielle Nutzung dienen belegt unter anderem das Projekt "Raptor" der Sandia-Labs. Es soll die Vorgänge in Brennkammern erforschen, wie sie unter anderem bei Gasturbinen zum Einsatz kommen. Dabei sollen Paramater wie die Ausbreitung der Wärme und die Turbulenzen beim Mischen von Luft und Brennmaterial untersucht werden, um effizientere Brennkammern zu ermöglichen. Unterstützt wird die Simulation durch durch praktische Experimente.

Simulation von Nanoröhrchen und Gehirnen

Mit Grundlagenforschung im Bereich der Quantenchemie beschäftigt sich das Projekt "LSDALTON" von der dänischen Universität Aarhus. Neben chemischen Reaktionen, die durch Enzyme beschleunigt werden, steht auch hier die Materialforschung für technische Anwendungen im Mittelpunkt. So sollen unter anderem Nanoröhrchen aus Kohlenstoff und Graphene erforscht werden. Beide Stoffe gelten als große Hoffnungsträger unter anderem für Halbleiter und Akkus. Das dänische Projekt wurde unter anderem deswegen ausgewählt, weil es auf dem Summit-Vorgänger Titan und dessen GPUs besonders gut skalierte. Das erwartet das ORNL nun auch auf der neuen Maschine.

Die Synapsen des menschlichen Gehirns zeigt das Projekt NAMD, das zur Erforschung von Nervenkrankheiten dient.

Bis zu achtmal mehr Leistung als mit Titan erwartet das ORNL auch für das Projekt "NAMD", das von dem deutschstämmigen und inzwischen an der Universität von Illinois tätigen Biophysiker Klaus Schulten verantwortet wird. Seine aktuelle Forschung dreht sich um eine Simulation des menschlichen Gehirns, genauer: Darum, was sich auf molekularer Ebene bei der Informationsübermittlung und Verknüpfung von Synapsen tut. Nervenkrankheiten wie Alzheimer, Epilepsie und Parkinson sollen so besser verstanden werden. Von einer Echtzeitsimulation eines Hirns ist man aber auch mit Summit noch weit entfernt: An einem Rechentag können nur die Interaktionen von 200 Millionen Atomen innerhalb einer Zeit von 200 Nanosekunden simuliert werden.

Das Projekt QMCPACK betreibt Materialforschung für Supraleiter, die bei vergleichsweise hohen Temperaturen funktionieren sollen.

(Bild: ORNL)

Vom ORNL selbst stammt ein Projekt, das schon auf Titan angefangen wurde und nun auf Summit weitergeführt werden soll. Unter der Bezeichnung "QMCPACK" werden Hochtemperatursupraleiter erforscht. Mit solchen Materialien, die bei vergleichsweise hohen Temperaturen um minus 140 Grad Celsius schon supraleitend sind, soll die technische Anwendung erleichtert werden. Die immer noch sehr niedrigen Temperaturen lassen sich auch außerhalb von Laboren mit Kühlmitteln wie flüssigem Stickstoff erreichen. Bisher wurde mit Titan das Verhalten von Bismut-Strontium-Calcium-Kupferoxid simuliert, die Wissenschaftler wollen nun andere Materialien erforschen. Das Ziel ist es dabei, die für eine Supraleitung nötige Sprungtemperatur immer weiter zu erhöhen.

Der Supercomputer Summit soll laut einem aktuellen Blogeintrag, des GPU-Lieferanten Nvidia im Jahr 2018 einsatzbereit sein. Bei der ersten Ankündigung des Projekts sollte er noch ein Jahr früher fertig sein. Wie schnell die Maschine letztlich sein wird, steht auch noch nicht genau fest: Zwischen 150 und 300 Petaflops (RPeak) soll er leisten, und damit wieder die schnellste US-Maschine sein, es sei denn der bei Cray und Intel bestellte Aurora ist eher fertig und liefert eine höhere Performance -- sie soll zwischen 180 und 450 PFlops liegen.

Die USA, die über das Energieministerium DOE beide Supercomputer finanzieren, erhoffen sich, dann wieder die schnellste Maschinen der Welt zu haben. Dieser Platz ist seit nunmehr bald zwei Jahren vom chinesischen System Tianhe-2 besetzt, das auf 54,9 Petaflops (Rpeak) kommt. Für die Top-500-Liste der fixesten Großrechner ist aber das Rmax- Ergebnis des Linpack-Benchmarks maßgeblich, hier kommt Tianhe-2 auf 33,9 Petaflops. Eine entsprechende Schätzung zu diesem Wert gibt es derzeit weder für Summit noch für Aurora. (as)