Netzwerkgekoppelte Beschleuniger für energieeffizientes heterogenes High Performance Computing (NAAICE)

Das Verbundprojekt 'NAAICE' zwischen dem Institut für Informatik und Computational Science der Universität Potsdam, dem Frauenhofer HHI, dem Zuse-Institut Berlin, dem GFZ Potsdam und der PERFACCT GmbH ist am 12.09.2022 gestartet.

Motivation
High Performance Computing (HPC) gehört heute in vielen wissenschaftlichen Disziplinen zu den grundlegenden Forschungsmethoden, zum Beispiel in der Klimamodellierung, in der Astrophysik und in der Biologie. Alle Rechenzentren in Deutschland verbrauchen ca. 3 % des nationalen Stroms. Selbst geringe Energieeinsparungen in Rechenzentren führen zu einer relevanten Einsparung an CO2. Ziel der Förderrichtlinie „GreenHPC“ ist es, durch Verbesserung der Energieeffizienz im High Performance Computing in der Forschung und auch in kommerziellen Rechenzentren die Innovationskraft am Standort Deutschland zu stärken.

Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens ist es, programmierbare Beschleunigermodule (FPGA) für Spezialrechnungen von der engen Anbindung an Serverprozessoren von Höchstleistungsrechnern zu entkoppeln und stattdessen dynamisch über das Netzwerk anzubinden. Diese neuartigen Network-Attached Accelerators (NAA) versprechen gegenüber direktgekoppelten Beschleunigern mehr Flexibilität und gleichzeitig einen geringeren Energieverbrauch durch eine bessere Auslastung. Die Kommunikation mit den FPGA-Clustern soll asynchron erfolgen, was im Zusammenhang mit einer heterogenen Hardware-Umgebung im HPC eine Herausforderung darstellt. Die Verwendung der NAA verlangt zudem eine Anpassung der Middleware und der Laufzeitumgebungen sowie des Ressourcen-Management-Systems für das Energie-Monitoring in Rechenzentren.

Innovationen und Perspektiven
Wiederkehrende rechenintensive Spezialoperationen können auf angepasste Hardware ausgelagert werden. Diese neue Systemarchitektur in Verbindung mit dem optimierten Ressourcen-Management-System ermöglicht bei vielen Anwendungen eine deutliche Energieeinsparung bei gleicher oder verbesserter Rechenleistung.

Projektpartner
Universität Potsdam, Betriebssysteme und Verteilte Systeme
Fraunhofer HHI
Zuse-Institut Berlin
GFZ Potsdam
PERFACCT GmbH

Fördergeber
BMBF-Projekt im Call GreenHPC

Projektvolumen
1,7 Mio. Euro

Veröffentlicht

Online-Redaktion

Tim Richter