Neuer Supercomputer für Österreichs Forschung

Fünf riesige Schränke, vollgestopft mit Prozessoren – das ist der neue Supercomputer MACH, der an den Universitäten Innsbruck und Linz wissenschaftliches Rechnen in neue Dimensionen führt. Die zwei Millionen Euro teure Großrechenanlage ist einzigartig in Österreich. MACH kann jederzeit erweitert werden und ab 2013 wird sich auch die Universität Salzburg beteiligen.
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Bild: Die zwei Millionen Euro teure Großrechenanlage ist einzigartig in Österreich und gehört weltweit zu den größten sogenannten Single-System-Image-Anlagen.

Der neue Supercomputer MACH, ein Kooperationsprojekt der Universitäten Innsbruck und Linz, befindet sich nun in Betrieb. „Dieser Supercomputer wird unsere Forscherinnen und Forscher einen bedeutenden Schritt weiterbringen und so die Universität Innsbruck auch im internationalen Wettbewerb stärken“, betont Tilmann Märk, geschäftsführender Rektor der Universität Innsbruck. Sabine Schindler, Leiterin der Forschungsplattform Scientific Computing, ergänzt: „Wir haben in den vergangenen Jahren zahlreiche Schritte zur Stärkung des wissenschaftlichen Rechnens an der Universität Innsbruck gesetzt. Diese Zusammenarbeit mit anderen Hochschulen unterstützt diese Bemühungen wesentlich.“ Ein großer Vorteil dieser Kooperation liegt vor allem im Wissens- und Erfahrungsaustausch zwischen den Supercomputing-Experten beider Universitäten. Grundsätzlich bekommt jede Forscherin und jeder Forscher der beteiligten Einrichtungen Zugang zum Computer. „Wir haben jetzt die Chance genützt, gemeinsam mit der Universität Innsbruck einen neuen Supercomputer anzuschaffen, der auch Leistungen erbringt, die zum Teil für die Teilnahme an EU-Projekten bereits vorausgesetzt werden“, sagt JKU-Rektor Richard Hagelauer, „die JKU kann ihren Wissenschafterinnen und Wissenschaftern nun modernste Rechner-Ressourcen bieten“.

Forschungsstruktur in Österreich

Das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung (BMWF) finanzierte über Mittel des Konjunkturpakets II einen Teil des nach dem österreichischen Physiker und Philosophen Ernst Mach benannten Großrechners. Mit seiner einzigartigen Konfiguration in einem einzelnen Systemabbild bietet MACH österreichweit den Forschern der verschiedensten Fachbereiche wie Informatik, Mathematik, Mechatronik, Verfahrenstechnik, Volkswirtschaftslehre, Meteorologie, Bauingenieurswissenschaften, Biologie, Pharmazie, Physik oder Chemie die Möglichkeit, Spitzenforschung zu betreiben. In einem ersten Testlauf konnte der Innsbrucker Physiker Andreas Läuchli bereits bahnbrechende Ergebnisse erzielen (siehe Dokument).

Das Austrian Centre for Scientific Computing

MACH ist Teil der Infrastrukturinitiative des Austrian Centre for Scientific Computing (ACSC). Das ACSC ist ein Verbund von Universitäten, Fachhochschulen und anderen Forschungsinstituten, der an einer österreichweiten Gesamtstrategie für einen koordinierten Ausbau der Infrastruktur und der wissenschaftlichen Vernetzung im Bereich Hochleistungsrechnen arbeitet. Der dritte vom ACSC organisierte, interdisziplinäre Workshop fand im Anschluss an die MACH-Einweihung statt. Das Besondere bei diesen Workshops ist, dass die Forscherinnen und Forscher Erfahrungen und Ergebnisse über Fachrichtungsgrenzen hinweg austauschen. Im Oktober 2010 gegründet, verfügt das ACSC heute bereits über neun Mitglieder und steht mit zwei weiteren Einrichtungen in Beitrittsverhandlungen. Die Realisierung von MACH ist das erste Infrastrukturgroßprojekt des ACSC. 

Shared Memory-Architektur

Der Supercomputer an der JKU basiert auf dem Hardware-Prinzip des „shared memory“, bei dem sich viele Prozessoren einen gemeinsamen Hauptspeicher (Adressraum) teilen. Rechner mit dieser Architektur haben unter anderem den Vorteil, dass sie im Vergleich zu nachrichtengekoppelten Multiprozessoren (z.B. Cluster) leichter zu programmieren und überdies universeller einsetzbar sind. „Besonders gut geeignet sind sie für das sogenannte Capability Computing, bei dem viele Prozessoren eines Rechners konzertiert genutzt werden“, erklärt Friedrich Valach, Leiter des Informationsmanagements an der JKU. 

21,3 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde

Der neue Supercomputer geizt nicht mit Superlativen: Er besitzt 2.048 Prozessoren vom Typ Westmere EX mit 2,66 Gigahertz Taktfrequenz und verfügt über 16 Terabyte Hauptspeicher, das entspricht ca. der 4.000-fachen Kapazität eines PCs oder der Information von ungefähr acht Milliarden vollgeschriebenen DIN A4-Seiten – aufeinandergelegt würden diese einen 800 Kilometer hohen Papierstapel ergeben. Darüber hinaus bietet MACH eine Rechengeschwindigkeit von 21,3 Teraflops. Das entspricht 21,3 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde. Ein anderer Vergleich: MACH bringt dieselbe Leistung wie zwei Billionen Taschenrechner. 

Immer komplexere Computer-Experimente

Viele Experimente, die früher ausschließlich real durchgeführt wurden, werden heute fast nur mehr auf dem Computer simuliert. Das wohl bekannteste Beispiel hierfür sind Crashtests von Autos. Die Simulation ist kostengünstiger, kann öfter durchgeführt werden und erlaubt auch genauere Rückschlüsse, in welchen Bereichen etwa die Karosserie eines Autos verstärkt werden muss, um bei einem Zusammenstoß den optimalen Schutz zu bieten. Zwar werden auf diesem Computer keine Crashtests simuliert, das Beispiel veranschaulicht aber den Komplexitätsgrad. Da die den Experimenten zugrunde liegenden mathematischen Modelle immer komplexer werden, wird auch die erforderliche Rechenleistung immer größer, „und der Rechenbedarf wird weiter exponentiell wachsen“, prophezeit Valach.