Universität Regensburg installiert ersten ARM-basierten Fujitsu Supercomputer in Deutschland

Ziel: den Ursprung des Universums erforschen

Auf einen Blick:

• Technologie aus Fugaku, dem von Fujitsu und dem RIKEN Center for Computational Science in Japan entwickelten weltschnellsten Supercomputer, kommt jetzt in Deutschland zum Einsatz
• Kern des FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC FX700 ist ein neuer ARM-basierter A64FX-Prozessor für maximale Leistung und minimalem Energieverbrauch 
• Die neue Technologie wird jetzt an der Universität Regensburg genutzt, um sowohl die Ursprünge des Universums zu erkunden als auch deutliche Fortschritte in der Krebs- und Immunologieforschung zu erzielen 

Wissenschaftler an der Universität Regensburg schauen ab sofort mit noch schärferem Blick in die fernste Vergangenheit: Mithilfe des neuen FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC FX700 mit ARM-basiertem Fujitsu A64FX-Prozessor wollen die Forscher den Ursprung des Universums sichtbar machen. Das QPACE4 (QCD Parallel Computing Engine 4) Projekt der Universität kann damit völlig neue Einsichten und Erkenntnisse generieren. Der PRIMEHPC FX700 nutzt die gleiche A64FX-CPU wie der Supercomputer Fugaku, der erst kürzlich als leistungsstärkster Supercomputer der Welt den ersten Platz in der TOP500-Liste eingenommen hat.

Mit dem QPACE4 Projekt sind die Regensburger Wissenschaftler die ersten Nutzer der neuen PRIMEHPC FX700 mit Fujitsu A64FX-CPUs in Europa. Diese CPUs sind kompatibel mit ARMs Armv8.2-A SVE, der aktuellsten Befehlssatzarchitektur für Hochleistungsserver. Sie sind zudem besonders energieeffizient. 

Die Universität nutzt den technischen Vorsprung für neuartige und anspruchsvolle Simulationen der Quantenchromodynamik (QCD). Dabei geht es um ein besseres Verständnis der Elementarteilchen, insbesondere der inneren Struktur von Protonen, im Zusammenhang mit dem Zustand des Universums unmittelbar nach dem Urknall. Auch in der Bioinformatik mit Schwerpunkt Krebsforschung sowie der Immunologie kommt der Superrechner zum Einsatz. 

QPACE4 ist – der Name verrät es – das vierte Projekt im Rahmen des SFB/TRR-55 der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG). Es nutzt die gleiche Prozessorarchitektur wie der Supercomputer Fugaku, den Fujitsu gemeinsam mit dem renommierten RIKEN Center for Computational Science in Kobe, Japan entwickelt hat. 

Über eine erstaunliche Spitzenrechenleistung pro Watt hinaus bietet der A64FX-Prozessor auch Scalable Vector Extensions (SVE). Er wurde speziell für Anwendungen im High Performance Computing (HPC) entwickelt und beschleunigt hochkomplexe, datenintensive Rechenvorgänge dadurch, dass er mehrere davon parallel zulässt. Darüber hinaus ist er mit einem sehr schnellen Arbeitsspeicher verbunden (High Bandwidth Memory / HBM2), der für schnelle und komplexe Prozesse nicht weniger wichtig ist. Damit liefert der Supercomputer genau die richtige Kombination aus Rechenleistung, Speicher- und Netzwerk-Bandbreite. Leistungsengpässe können so wirksam vermieden werden. Ein besonderes Merkmal ist die Tatsache, dass die Rechenleistung nicht auf Grafikkarten fußt. Das macht die Programmierarbeit wesentlich leichter, insbesondere im Hinblick auf massive Parallelisierung, die für so genannte ‚Grand Challenge’-Anwendungen unerlässlich ist.

Der Einsatz des neuen Rechners in Regensburg ist das aktuellste Ergebnis einer langen Zusammenarbeit der Universität mit Fujitsu insbesondere beim High Performance Computing. Bereits im Jahr 2016 machten sich die Universitäten Regensburg und Wuppertal die Vorteile des Supercomputings zu eigen und installierten den von Fujitsu gelieferten QPACE3 Supercomputer im Jülich Supercomputing Centre (JSC).

Dazu Prof. Dr. Tilo Wettig, Physikprofessor an der Universität Regensburg: „Einmal mehr hat uns Fujitsu mit der ultimativen Technik ausgestattet, was uns bei unserer Arbeit ein enormes Stück weiter nach vorn bringt, gerade bei der Physik-Grundlagenforschung und in der Medizin. Die Partnerschaft hat sich in den vergangenen Jahren mehr als bewährt. Besonders beeindruckt hat uns das Engagement zur Maximierung der Rechenleistung und Minimierung des Energieverbrauchs sowie die Flexibilität und Reaktionsfähigkeit von Fujitsu gegenüber uns als Kunden. Die Zeitspanne für die Lieferung, Installation, Konfigurierung und Inbetriebnahme dieser fortschrittlichen Technologie ist besonders erwähnenswert.“

Rupert Lehner, Head of Central and Eastern Europe, Products Europe bei Fujitsu, bestätigt: „Fujitsu hat sich nicht nur als Entwickler der weltschnellsten Supercomputer profiliert, sondern auch als Experte für die besonderen Anforderungen bei den HPC-Kunden im Hinblick auf Leistung, Anwendungsbreite und Service. Unsere Partnerschaft mit der Universität Regensburg steht exemplarisch für diesen Ansatz – und wir sind stolz darauf, dass wir die dortigen Wissenschaftler so umfassend mit unserer Technik unterstützen können.”

Weitere Informationen

• ISC High Performance 2020: Seit 1993 werden im Rahmen der TOP500 halbjährlich Rankings zu der Leistung von Supercomputern publiziert. Dabei setzen sich die Ergebnisse aus Meldungen der Hersteller, Kunden und Expertenprüfungen zusammen. Das Fugaku-System wurde im Juni 2020 zur Nummer eins erkoren – mit einer LINPACK-Performance von 415,53 PFLOPS (PetaFLOPS) und einer Effizienzrate von 80,87 Prozent. Seit dem ebenfalls von Fujitsu realisierten „K Computer“ aus dem Jahr 2011 ist diese Position der erste Spitzenplatz für ein japanisches Produkt. Die Leistung von Fugaku liegt ungefähr 2,8 Mal so hoch wie die des zweitplatzierten Computers mit 148,6 PFLOPS. Die entsprechenden Rankings wurden am 22. Juni 2020 auf dem virtuellen Event ISC (International Supercomputing Conference) High Performance 2020 Digital vorgestellt.
  
  
• Supercomputing bei Fujitsu: Fujitsu verfügt über mehr als 40 Jahre Supercomputing-Expertise – und hat den allerersten Rechner seiner Art 1977 in Japan entwickelt. Im Jahr 2006 begann dann die Zusammenarbeit mit dem führenden Forschungsinstitut RIKEN, was unter anderem zum „K Computer” führte, der 2011 die erste japanische Nummer eins im TOP500-Ranking war. Seinerzeit verfügte er über eine Geschwindigkeit von über 10 PFLOPS. Heute liegt die Linpack-Performance von Fugaku etwa 40 Mal höher als die des K Computers und doppelt so hoch wie die von „Summit“ - der Nummer eins im letzten Herbst.
  
  
• SFB/TRR-55: SFB/TRR-55 „Hadron Physics from Lattice QCD“ wurde im Juli 2008 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft an den Universitäten Regensburg und Wuppertal eingerichtet. Koordiniert wird dieser Sonderforschungsbereich von Regensburg aus. 
  
  
• RIKEN Center for Computational Science: RIKEN ist Japans größtes Forschungsinstitut und in unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen aktiv. Gegründet wurde es im Jahr 1917 als private Institution in Tokio. Seither ist es kontinuierlich gewachsen und hat seine Forschungsaktivitäten systematisch ausgeweitet. Heute verfügt RIKEN über ein weit verzweigtes Netzwerk in ganz Japan. 
  
  
• Grand Challenges: So genannte Grand Challenges sind die größten, komplexesten und elementarsten Herausforderungen, die bei der Forschung identifiziert wurden. Ihre Bewältigung ist der Schlüssel zu Lösungen, die weltweit anwendbar, multidisziplinär und öffentlichkeitswirksam sind. 
  
  

• Webseite Fugaku (Englisch)
• Broschüre Fugaku (Englisch) 
• Blogbeitrag „Fugaku – der aktuell weltweit leistungsstärkste Supercomputer“
• Blogbeitrag „Energieeffizienter FUJITSU-Supercomputer QPACE3 in Jülich in Betrieb genommen“