Compute-Server: Hessische Hochleistungsrechner und MaRC (Marburger RechenCluster)

Die Hochleistungsrechner an den Hessischen Universitäten können prinzipiell von Wissenschaftlern anderer Standorte mitgenutzt werden. Der mögliche Umfang der Nutzung orientiert sich dabei an den finanziellen Beiträgen der einzelnen Standorte an den gemeinsam mit dem HMWK finanzierten Hochleistungsrechner-Projekten. Die Koordination der wechselseitigen Nutzung erfolgt durch den HHLR-Beirat.

Von besonderem Interesse für Marburger Wissenschaftler ist in diesem Zusammenhang der HHLR an der TU Darmstadt (Projektantrag), da die dort implementierte SMP-Rechnerarchitektur für manche Probleme deutlich besser geeignet ist als das Marburger RechenCluster MaRC (und umgekehrt). Die Linux-Cluster des Frankfurter CSC haben die gleiche Rechnerarchitektur wie MaRC, sind jedoch größer.

MaRC: Marburger RechenCluster

Wissenschaftler der Universität können das Marburger RechenCluster MaRC im Rahmen der zentral bereitgestellten Mittel nutzen. Je nach Umfang der Nutzung wird hierfür ein finanzieller Beitrag erhoben. Auch eine Nutzung von Wissenschaftlern anderer hessischer Universitäten im Rahmen des Verbundes der Hessischen Hochleistungsrechner ist möglich. Interessenten wenden sich bitte an an Herrn Gebhardt. Ein Teil des Clusters ist aus Mitteln des D-Grid-Integrations-Projektes finanziert und ist daher Bestandteil der D-Grid-Infrastruktur.

Der Aufbau des Clusters ist in zwei separaten Texten beschrieben:

• Linux-Cluster: Hardware
• Linux-Cluster: Konfiguration

Die Dokumentation für die Nutzer des Linux-Clusters wird gemäß der Absprache zwischen den beteiligten Arbeitsgruppen in englischer Sprache in einem Wiki aufgebaut.

Mit einer (Peak-)Rechenleistung von knapp 2,5 TFlop/s (d.h. maximal 2,5 Billionen arithmetische Operationen pro Sekunde) liegt die Leistungsfähigkeit des Marburger Linux-Clusters um ein bis zwei Größenordnungen unter der Kapazität, wie sie derzeit in großen überregionalen Rechenzentren (RZ Stuttgart, FZ Jülich, LRZ München, ...)  oder beim Hessischen Hochleistungsrechner in Darmstadt bereitgestellt wird. Andererseits kann auf einem lokalen Cluster viel flexibler als in einem großen Zentrum auf die spezifischen Anforderungen der einzelnen Benutzer eingegangen werden. Das Marburger Linux-Cluster steht daher im Spektrum der Compute-Server zwischen dem Rechner unter dem Schreibtisch und einem Höchstleistungsrechner.

Bereits im Herbst 2003 haben das HRZ und mehrere Arbeitsgruppen aus verschiedenen Fachbereichen der Universität einen HBFG-Antrag für die Beschaffung eines gemeinsamen Linux-Clusters gestellt. Trotz Bewilligung des Antrags im Juli 2004 konnten erst in 2005 im Rahmen der HBFG-Maßnahme die Bundesmittel für den Kauf einer ersten Ausbaustufe (85 Compute Nodes) bereitgestellt werden. Im Dezember 2005 wurde die Hardware installiert; die Inbetriebnahme erfolgte dann im Januar 2006 schrittweise von einem Test-Betrieb hin zum regulären Benutzer-Betrieb.  An der Finanzierung der ersten Ausbaustufe des Linux-Clusters haben sich jeweils zwei Arbeitsgruppen aus den Fachbereichen Mathematik/Informatik, Physik und Chemie, sowie das HRZ beteiligt. Eine zweite Ausbaustufe im Rahmen des HBFG-Projektes und zusätzlicher Drittmittel konnte um die Jahreswende 2006/2007 realisiert werden. MARC wurde dabei um zusätzliche 57 Compute Nodes erweitert; 24 dieser Compute Nodes sind zusätzlich durch ein schnelles InfiniBand-Netzwerk verbunden. Zur Finanzierung dieser Erweiterung haben Arbeitsgruppen aus den Fachbereich Mathematik/Informatik (2x), Chemie und Medizin sowie das HRZ beigetragen; 19 Compute Nodes wurden aus Mitteln des D-Grid-Integrations-Projektes finanziert.

Das Cluster ist im Rechnerraum des HRZ aufgestellt und wird vom HRZ betrieben. Die Unterstützung des wissenschaftlichen Rechnens ist heute nur noch eine von vielen Aufgaben des HRZ.

Die gemeinsame Finanzierung des Linux-Clusters ermöglichte eine Investitionshöhe, die keine der beteiligten Arbeitsgruppen allein hätte aufbringen können (der Finanzierungsrahmen betrug insgesamt ca. 775 000 EUR). Durch die gemeinsame Nutzung steht die gesamte Leistungsfähigkeit des Clusters zeitweise allen beteiligten Arbeitsgruppen zur Verfügung. Lastspitzen bei den Anforderungen an die Rechenzeit werden zwischen den Arbeitsgruppen im zeitlichen Mittel ausgeglichen.

High Performance Computing (HPC) gehört vor allem in den Naturwissenschaften und der angewandten Mathematik immer mehr zum alltäglichen Handwerkszeug für die wissenschaftliche Forschung. Die Leistungsfähigkeit moderner Standard-Hardware ermöglicht den Aufbau von Verbund-Systemen ("Clustern") zu einem günstigen Preis-/Leistungsverhältnis. Derartige Cluster-Systeme dominieren inzwischen die Top500 Liste der weltweit schnellsten Rechner. Sie werden fast ausschließlich unter dem freien, quelloffenen Betriebssystem Linux betrieben. Im Bereich der Informatik ist das Zusammenspiel vieler Rechner (und darüber hinaus die Koordination von lokalen Clustern in einem überregional verteilten Compute Grid)  selbst Gegenstand der Forschung.