Letzten Sommer fuhren drei Lastwagen mit einer ungewöhnlichen Fracht durch den Norden Englands. Für 150 Meilen wurden fast 500 Computer zum Schutz einzeln in eine Bettdecke gewickelt.
Diese Computer waren einst Teil eines 13-Tonnen-Supercomputers in Cheshire und wurden in ihr neues Zuhause an der Durham University verlegt. Jetzt, nach Monaten sorgfältiger Installation, ist dieser gebrauchte Supercomputer zu einer der größten Maschinen des Landes für die astronomische Forschung geworden.
Mit 4,3 Petabyte Speicher hat er etwa ein Zehntel des Speicherplatzes des schnellsten Supercomputers in Großbritannien (Cray XC40 von Met Office) und eine Verarbeitungsleistung von 166 TeraFlops, verglichen mit Crays rund 7.000 TeraFlops.
Laut Lydia Heck, die die Computer am Durham’s Institute of Computational Cosmology seit 30 Jahren betreibt, war die Zusammenstellung des Computers eine Gemeinschaftsleistung. Forscher, Studenten und Professoren meldeten sich freiwillig, um dabei zu helfen, das Puzzle wieder zusammenzusetzen, indem sie einige der alten Geräte von Durham mit den in den Lastwagen transportierten Computern kombinierten.
Dazu gehörte, jede der 2.400 Speicherfestplatten aus acht Racks herauszunehmen, sie neu zu installieren und dann wochenlang zu versuchen, Fehler zu finden und zu beheben.
Warum Supercomputer so wichtig sind
Supercomputer spielen eine entscheidende Rolle in der wissenschaftlichen Forschung, denn das Verschieben der Grenzen des Wissens erfordert immer leistungsfähigere Computer, die in der Lage sind, Tausende von Berechnungen pro Sekunde durchzuführen.
Astronomie, Chemie, Biologie und Wettervorhersage sind alle auf die Leistung von Supercomputern angewiesen. Supercomputer sind nicht nur die leistungsstärksten Computer; sie funktionieren ganz anders als normale Computer. Sie führen viele Berechnungen gleichzeitig durch, bekannt als Parallelverarbeitung, und nicht der Computer, auf dem Sie dies lesen, der jede Aufgabe einzeln ausführt.
Typischerweise werden sie zur Berechnung komplexer Probleme verwendet, von denen viele exponentiell sind, was bedeutet, dass Sie jedes Mal, wenn Sie einen Parameter hinzufügen möchten, die für eine Simulation benötigte Leistung verdoppeln.
Rechenleistung ist zum Beispiel in der Astronomie seit langem ein limitierender Faktor. In den 1980er Jahren diskutierten Forscher darüber, ob sich das Sonnensystem auf chaotische Weise bewegte oder nicht, aber erst als leistungsfähigere Computer erfunden wurden, wurde die Debatte beigelegt, sie ist etwas chaotisch.
Upcycling-Superkräfte
Durhams „Upcycling“-Supercomputer ist jetzt in Betrieb und leistet einen Beitrag zur nationalen britischen Forschungseinrichtung DiRAC, die sich auf die Forschung in den Bereichen Teilchenphysik, Astronomie und Kosmologie spezialisiert hat. Die neue Maschine führt Codes für die Forschung in Teilchenphysik, Kernphysik, Astronomie und Kosmologie aus. Forschende aus dem ganzen Land können sich um Zeit an der Maschine bewerben, auf die von überall auf der Welt aus zugegriffen werden kann.
Aber zum Betrieb eines Supercomputers gehört viel mehr, als man denkt. Die Maschine erfordert ein unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem, Wasser- und Luftkühlung und verfügt über eigene Dieselstromgeneratoren als Backup.
Beim Betreten des Raums, in dem die Maschine untergebracht ist, im Erdgeschoss des Earth Sciences-Gebäudes in Durham, sind die ersten Empfindungen Hitze und Lärm.
„Hier drin sind mehr als 500 Computer, die alle schreien“, sagt Heck. Stellen Sie sich die Wärme vor, die von Ihrem eigenen Desktop-Computer oder Laptop erzeugt werden kann, und multiplizieren Sie diese mit 500.
Stickstoffdosen im Wert von 150.000 £ werden auf dem Dach aufbewahrt, bereit und im Brandfall einsatzbereit. Da Wasser der von diesen Maschinen abgegebenen Energie nicht gewachsen wäre, wäre die einzige Möglichkeit, ein Feuer mit Sauerstoff zu verhungern.
Nebenan liegt der kleine Bruder des neuesten Supercomputers, eine magere Ansammlung von etwa 200 Computern, die langsam außer Betrieb genommen werden. Jedes Mal, wenn eine der Maschinen kaputt geht, sagt Heck, lässt das Team sie einfach sterben, anstatt sie zu reparieren, anstatt sie zu reparieren.
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Einige der Codes, die ständig auf dem Computer ausgeführt werden, dauern Millionen von Rechenstunden, was bedeutet, dass kein Platz für einen Stromausfall oder sogar einen Einbruch ist. Ein Generator speist das Stromnetz des Computers, zwei Dieselgeneratoren auf dem Campus stehen für den Notfall zur Verfügung. „Letztes Jahr mussten wir die ein paar Mal benutzen“, erzählt mir Heck, „aber dieses Jahr zum Glück nicht mehr so oft – die machen so einen Krach und riechen nicht so angenehm!“
Das in Durham installierte DiRAC Data Centric HPC-System wurde durch den Einsatz von COSMA6, einer Maschine mit 8.000 Intel Sandy Bridge-Kernen und 4,3 Petabyte Speicher, verbessert. Die zusätzlichen Ressourcen wurden benötigt, um die Wettbewerbsfähigkeit der von DiRAC ab April dieses Jahres für 12 Monate genutzten Forschungsgemeinschaft aufrechtzuerhalten.
„Das neue HPC-System an der Durham University ist ein Beweis für die Fähigkeiten aller Projektbeteiligten, die in der Lage waren, einen gebrauchten Cluster neu zu installieren, ihm neuen RAM-Speicher hinzuzufügen und eine Lösung zu entwickeln, die sich für die Forschung als unschätzbar erweisen wird Community“, kommentiert Julian Fielden, Geschäftsführer des Computerdienstleisters OCF. „Wir arbeiten seit langem mit der Durham University zusammen, daher freuen wir uns sehr, an einem so einzigartigen Projekt beteiligt gewesen zu sein.“
Und ohne Heck wäre das alles nicht möglich gewesen. Nach einem Nachmittag mit ihr und ihren Supercomputern wird deutlich, wie sehr sie die Maschinen liebt – ein Gefühl, das ansteckt. Während ihrer jahrzehntelangen Tätigkeit in Durham hat sie weiterhin eng mit Studenten zusammengearbeitet. Sie sagt, weil „sie mich jung halten.“
Vor allem engagiert sich Heck leidenschaftlich dafür, junge Frauen für die Ingenieurwissenschaften zu begeistern, und obwohl Studenten durch die Korridore gehen und Forscher möglicherweise sogar die Fähigkeiten der Supercomputer nutzen könnten, ohne Heck zu treffen, ist sie ein grundlegender Bestandteil der Universität und der breiteren Forschung Gemeinschaft.
Bilder:Abby Beall