JUPITER: Europas erster Exascale-Supercomputer steht in den Startlöchern

Die Vorsilbe Exa steht für 10 hoch 18 oder eine Trillion. So viele Rechenschritte soll der JUPITER genannte erste europäische Exascale-Supercomputer in einer Sekunde ausführen können. Von dieser Klasse gibt es nur wenige, eine weitere Besonderheit ist eine in Europa entwickelte CPU.

Die Erde ist ein großes Uhrwerk. Ein Seebeben kann einen Tsunami auslösen und so wie im März 2011 im japanischen Atomkraftwerk von Fukushima einen Super-GAU lostreten. Frühwarnsysteme wie in Deutschland mitentwickelt, müssen daher in oder hinter dieses Uhr- oder Räderwerk schauen können.

Für solche Berechnungen ist es mit einem oder mehreren PCs nicht getan, sondern es muss ein Supercomputer her. In Portugal ist mit dem Deucalion gerade einer mit einer Leistung von 10 Petaflops (10 Milliarden Gleitkommaberechnungen pro Sekunde) ans Netz gegangen. Bereits Anfang 2024 soll mit dem JUPITER am Forschungszentrum Jülich bei Aachen der erste europäische Exascale-Rechner in Betrieb gehen, der mit einer Trillion Flops hundertmal so schnell sein wird.

Entwickelt ist er schon, und das mit europäischer Technologie, von der europäischen Initiative EuroHPC JU und einem von der Atos-Tochter Eviden geleiteten deutsch-französischen Konsortium namens ParTec Eviden. Die Kosten für die Hardware allein belaufen sich auf 273 Millionen Euro; einschließlich Wartung und Energie steht für das Projekt eine halbe Milliarde Euro bereit. Die Hälfte davon steuert das kurz EuroHPC JU genannte European High Performance Computing Joint Venture Undertaking bei. Die restlichen 250 Millionen Euro teilen sich dem Vernehmen nach das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (MKW NRW).

Eine Besonderheit ist eine in Europa, genauer in Frankreich, von SiPearl entwickelte CPU namens Rhea-1. Zuvor war es um diese Hochleistungsprozessoren etwas ruhig geworden, obwohl die erste Iteration Rhea-1 schon 2021 fertiggestellt worden sein soll. Wie 2020 bekannt wurde, soll der Prozessor bis zu 72 ARM-Kerne vom Typ Neoverse V1 verwenden. Derweil gibt es schon V2 und V3 soll laut Heise auch nicht mehr lange auf sich warten lassen.

Die Verzögerungen könnten bisher auf eine leichte Verbesserung der Fertigungstechnik zurückzuführen sein: von TSMCs (Taiwan Semicoductors) 7-Nanometer-Technologie N7 auf N6. Die Zahl steht jeweils für Nanometer und die entsprechende Transistordichte. Je kleiner, desto mehr Leistung verdichtet sich auf engstem Raum. Intel ist mit seinen Core-i-Mikroprozessoren mittlerweile bei 10 nm angekommen, die 65-Watt-Modelle von AMDs Zen 2 genannten Ryzen-CPUs etwa basieren schon auf der 7-nm-Fertigung von TSMC.

SiPearl entwickelt zwar eigene KI-Beschleuniger, aber der EPAC oder European Processor Accelerator mit RISC-V-Technik kam nicht in Betracht für den JUPITER, weshalb Booster-Module auf Basis der Computing-Plattform von NVIDIA einspringen mussten. Die sollen die nötige Rechenleistung für Modellsimulationen und für das Trainieren von KI-Sprachmodellen liefern.

Booster-Module sollen unter anderem die nötige Rechenleistung für das Trainieren von KI-Sprachmodellen liefern (Quelle:AdobeStock/fotomek).

Wie das Forschungszentrum Jülich mitteilt, werden alle Komponenten von Eviden in einer hoch energieeffizienten, direkt flüssigkeitsgekühlten Plattform namens BullSequana XH3000 integriert und die Cluster- und Booster-Module dynamisch als einheitlicher Supercomputer betrieben. Als Betriebssystem soll dabei ParaStation Modulo von ParTec zum Einsatz kommen.

ParTec, Eviden und NVIDIA arbeiten in dem Mammutprojekt mit der europäischen Wissenschaftsgemeinschaft zusammen, um Forschenden Zugang zu den modernsten KI- und Supercomputing-Ressourcen zur Verfügung zu stellen und „die nächste Welle von Durchbrüchen in Bereichen wie Klima und Quantencomputing voranzutreiben“, heißt es in der Presseerklärung des Forschungszentrums. Der erste Exascale-Computer des Kontinents soll nicht nur neue Wege der Forschung und wissenschaftlichen Entdeckungen in Europa, sondern weltweit eröffnen.

Ein JUPITER Early Access Program soll nach Bau des Supercomputers Forschenden die Möglichkeit geben, gemeinsam an der optimalen Version des Systems für Wissenschaft und Forschung zu arbeiten. Neben der Klimaforschung sollen mit dem JUPITER auch andere Fragen geklärt werden. Dazu gehört die Vorbereitung und Bekämpfung von Pandemien und die Forschung an nachhaltiger Energieerzeugung. Außerdem ist das System auch für das KI-Training und die Analyse großer Datenmengen angedacht.


Fazit:
Mit dem JUPITER zeigt Europa, dass es in der Weltliga durchaus vorne mitspielen kann. Durch Supercomputer wie diesen gewinnen Forschung und Wissenschaft, wie etwa die Klimatologie und die Ozeanographie, enorm. Das ist angesichts des fortschreitenden Klimawandels auch dringend nötig. Dieser braucht aber auch weitere digitale Lösungen etwa im Bereich Smart Cities, wie sie VINCI Energies und Tochterunternehmen wie Axians maßgeblich mitentwickeln.

Quelle Titelbild: Adobe / ezgi

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