Konrad-Zuse-Zentrum beschleunigt mit Cisco Nexus 5020 Speicherverkehr für Hochleistungsrechner

Solution Overview Im ZIB wachsen Storage- und Rechnerwelt zu einem homogenen Umfeld zusammen; Quelle: Konrad-Zuse-Zentrum, Berlin. Konrad-Zuse-Zentrum beschleunigt mit Cisco Nexus 5020 Speicher- verkehr für Hochleistungsrechner Kein Tempolimit für Supercomputer Das Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB) hat zwei innovative Switches Nexus 5020 von Cisco in sein Hochleistungsnetzwerk eingebaut. Die neuen Komponenten vereinen Speichernetz- und IP-basierten Datenverkehr erstmals im selben Gerät. Storage- und Rechnerwelt wachsen so zu einem homogenen Umfeld zusammen. Das ZIB steigert mit Cisco Nexus 5000 auf besonders kostengünstige Weise die Geschwindigkeit riesiger Speicherdatenmengen von und zum hauseigenen Supercomputer. Vorteilhaft ist das vor allem für die vielen Wissenschaftseinrichtungen, die den Rechengiganten beispielsweise für Mate- rial- und Klimaforschung als kooperativen Service vom ZIB in Anspruch nehmen. Die jüngste Berliner Netzwerk-Modernisierung stärkt also letztlich die Innovationskraft der deutschen Forschung insgesamt. Konrad Zuse im Jahr 1936. Quelle: Archiv Horst Zuse, Berlin (www.zuse.de) Kraftpaket für die norddeutsche Spitzenforschung Eine der numerischen Neuerungen von Konrad Zuse, die sogenannte Gleitkommazahl, nutzt wohl jeder von uns fast jeden Tag. Denn Gleitkommazahlen sind noch heute Basis aller gängigen Computer, vom Taschenrechner bis zum Hochleistungscomputer. Ein solcher Supercomputer steht auch in jenem Berliner Forschungsinstitut, das Konrad Zuse zum Namenspatron hat, dem Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin. Die Schwerpunkte der außeruniversitären Forschungseinrichtung liegen auf algorithmischer Mathematik und praktischer Informatik. Im Vordergrund stehen mathematische Modelle zur Beschreibung komplexer Phänomene in Natur- wissenschaft, Technik, Ökonomie und Umwelt. Daneben entwickelt und testet das ZIB effiziente Algorithmen zur rechentechnischen Simulation ebendieser Modelle. Die Theorie steht im ZIB im Dienst der Lösung praktischer Probleme. Computer Science und Scientific Computing werden hier als zwei Seiten einer Medaille gesehen. Die extrem leistungsfähige Rechenmaschine betreibt das ZIB gemeinsam mit dem Regionalen Rechenzentrum für Niedersachsen (RRZN) an der Leibniz-Universität Hannover. Beide Standorte Einer der seit 1961 gebauten Z25 im ZIB-Museum. sind mit einer 10-Gigabit-Leitung verbunden. Pro Sekunde kann zwischen Berlin und Hannover Quelle: Konrad-Zuse-Zentrum, Berlin. eine Informationsmenge übertragen werden, die in ausgedruckter Form nahezu eine Million Buchseiten füllen würde. Auftraggeber für den Betrieb des verteilten Supercomputers ist der Norddeutsche Verbund zur Förderung des Hoch- und Höchstleistungsrechnens (HLRN), eine Solution Overview Hintergrund Wissenschaftskooperation zwischen Berlin, Bremen, Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern, Das ZIB ist eine außeruniversitäre Einrichtung des Niedersachsen und Schleswig-Holstein. Die gesamte Bevölkerung dieser sechs Bundesländer Landes Berlin, das seit Jahren seinen festen Platz müsste vom Kleinkind bis zum Greis etwa 85 Jahre lang 12 Stunden täglich mehrstellige Zahlen in der deutschen Forschungslandschaft innehat. miteinander multiplizieren, um die Rechenleistung zu erreichen, die der HLRN-Supercomputer in Kennzeichnend für das Institut ist der enge Bezug von mathematischer und computerwissenschaftli- einer Sekunde vollbringt. cher Theorie zu praktischen Nutzungsmöglichkei- ten. Als einer der beiden Betreiber des HLRN- Supercomputersystems spielt das ZIB außerdem die Rolle eines Dienstleisters für viele andere Wissenschaftseinrichtungen. Schnelle Rechner brauchen ein schnelles Umfeld Herausforderung Effektiv nutzen lässt sich die kaum vorstellbare Rechengeschwindigkeit der insgesamt 25.000 Maximaler Durchsatz an der Nahtstelle zwischen Cisco-SAN und Ethernet-Infrastruktur ist unver- Prozessorkerne allerdings nur, wenn die umgebende Infrastruktur mit dem immensen Tempo zichtbar, um den Supercomputer im ZIB optimal schritthält. So müssen zum Beispiel enorme Datenmengen diverser Simulationsprojekte schnell auszunutzen. Zudem strebt das Institut nach genug in den unmittelbaren Zugriffsbereich des Supercomputers gelangen – und ebenso einer vereinheitlichten IP- und SAN-Architektur. schnell wieder ausgelagert werden, um Platz zu schaffen für die Datenmassen des nächsten Es will damit künftig steigenden Anforderungen Simulationsprojekts. Mittlerweile umfasst die Online-Datenhaltung im ZIB mehr als ein Petabyte im Scientific Computing zuverlässig und kosteffi- Plattenkapazität, das sind mehr als eine Milliarde Gigabyte. Es liegt auf der Hand, dass dafür zient gerecht werden. keine handelsüblichen Harddisks aus einem Elektronikmarkt im Einsatz sind. Stattdessen werden speziell optimierte, ultraschnelle Plattensysteme genutzt, sogenannte Arrays, die mittels eines Lösung Zwei Switches der neuen Cisco-Serie Nexus 5020 übergreifenden Storage Area Network (SAN) mit den Rechnern und den Bandlaufwerken des schlagen die Brücke zwischen Fibre-Channel- Magnetbandspeichers verbunden sind. Messungen zufolge lassen sich ausgewählte Teile des SAN und IP-basiertem Servernetz. SAN und LAN Plattenspeichers im ZIB mit bis zu 24 Gigabit pro Sekunde beschreiben. Das Auslesen von wachsen an dieser Stelle zusammen. Dank Fibre- Daten geht sogar noch schneller. Channel-over-Ethernet werden keine Extra-Adapter benötigt, um Server mit dem SAN zu verbinden. High-Speed herrscht auch im SAN, das auf dem weit verbreiteten Speichernetzstandard Fibre Die Gesamtinfrastruktur wird weniger komplex und der Durchsatz der Server zu den Datennet- Channel (FC) basiert. Seine wichtigsten Komponenten sind 13 intelligente Fabric Switches der zen lässt sich in Bezug auf die immer zu geringe Serie Cisco MDS 9000, die zusammen 416 4-Gigabit-FC-Ports bereitstellen. Zahl von Adaptersteckplätzen in Servern deutlich besser skalieren. „Die Nahtstelle zwischen FC-Speichernetz und der IP-basierten Serverlandschaft ist gewisser- maßen das Nadelöhr, dessen Kapazität die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems entscheidend Nutzen mitbestimmt“, sagt Wolfgang Pyszkalski, Leiter der Abteilung IT-Services im ZIB. Für die Weiter- • Höhere Leistungsfähigkeit, entwicklung der ZIB-Infrastruktur ist der Durchsatz an der Server-SAN-Schnittstelle daher von verringerte Komplexität strategischer Bedeutung. „Jüngster Meilenstein unserer Infrastrukturentwicklung ist der Einbau • Gestiegene Effizienz: zweier Switche Cisco Nexus 5020“, fährt der Abteilungsleiter fort. „Denn damit erhöhen wir den Supercomputer wird optimal ausgenutzt Durchsatz an dem besagten Nadelöhr zwischen SAN und 10-Gigabit-Ethernet-Netzwerk auf • Kostengünstige Skalierbarkeit: besonders kostengünstige Weise.“ Bisherige Limits außer Kraft gesetzt • Verbesserte Möglichkeiten zur wissen- schaftlichen Kooperation • Flexible Weiterentwicklung der IP- und SAN-Infrastruktur SAN und LAN wachsen zusammen Die neuartigen Cisco Access-Switches überwinden die alte Trennung zwischen Speicher- und IP-Netzwerk.