Cineca: Unterstützung für anspruchsvolles wissenschaftliches Rechnen

Cinecas Marconi Supercomputer, der auf skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren aufgebaut ist, stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung Exascale-Computing dar.

Auf einen Blick:

  • Cineca ist ein gemeinnütziges Konsortium, das für ein breites Spektrum von Forschungsprojekten in ganz Europa HPC-Ressourcen bereitstellt.

  • Marconi ist ein 20 petaFLOPS-Supercomputer der auf Intel® Xeon® Prozessoren und Intel® Omni-Path-Architektur (Intel® OPA) Fabric basiert.

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Kurzübersicht
Cineca ist ein gemeinnütziges Konsortium aus 67 italienischen Universitäten, neun italienischen Forschungsinstitutionen, sowie dem italienischen Ministerium für Bildung. Die Organisation bietet ihren Mitgliedern, die an einer Reihe von Forschungsvorhaben in ganz Europa zusammenarbeiten, HPC-Resourcen und andere Dienste. Entdeckungen und Erkenntnisse dienen dazu, weitere Forschung und Anwendungen in der Industrie zu fördern, wodurch Cineca eine technologische Brücke zwischen der Welt der Universitäten und der Wissenschaft und der Welt der Industrie wird.

Seine primäre HPC-Ressource ist der Marconi-Supercomputer, ein großes HPC-System, das durch Lenovo* auf Intel® Prozessoren und Intel® Omni-Path-Architektur (Intel® OPA) Fabric aufgebaut wurde. Marconi ist ein wichtiger Schritt entlang der Roadmap von Cineca, um bis 2022 ein Exascale-Rechenzentrum zu werden.

Herausforderung 
Cineca ist ein bedeutendes Supercomputing-Zentrum, das in Italien und ganz Europa wissenschaftliche und industrielle Forschungsprojekte unterstützt. Cineca unterstützt Berechnungen für Projekte im European Center of Excellence (CoE) in HPC Applications und ist Teil des Projekts EuroHPC, einer gemeinsamen Zusammenarbeit in der EU, um Exascale-Rechenzentren zu entwickeln. Cineca ist auch Partner des Projekts Materials Design at Exascale (MaX), das ebenfalls ein europäisches CoE darstellt.

Im Rahmen seiner langfristigen Roadmap will Cineca bis 2022 Exascale-Computing bereitstellen. Aufgrund seiner ehrgeizigen Supercomputing-Pläne, seiner entscheidenden Beteiligung an vielen wichtigen Forschungsvorhaben und dem Streben, immer an vorderster Front der Entwicklung zu stehen, musste Cineca leistungsstarke Supercomputing-Ressourcen der nächsten Generation für ein breites Spektrum an Workloads aufbauen.

Lösung
Marconi sollte leistungsmäßig bis zu 20PetaFLOPS1 liefern, um einige der komplexesten Forschungsprojekte in Werkstoffkunde, Astrophysik, Maschinenbau, Bioinformatik, Wetter und Klima und anderen Bereichen in Italien und ganz Europa zu unterstützen. Um die Forschung in diesen Bereichen voranzubringen, benötigte das System sehr umfangreiche Rechenfähigkeiten. Dies bedeutete eine Infrastruktur mit Hunderttausenden von Kernen, die auf rechenintensive HPC-Workloads ausgelegt ist, wie Ab-initio-Werkstoffkunde und molekulare Modellierung, Wetter- und Klimamodellierung, Plasmaphysik, umfangreiche Bioinformatik und viele andere anspruchsvolle Probleme.

Cinecas Marconi-Supercomputer wurde von Lenovo* gebaut und verwendet skalierbare Intel® Xeon™ Phi™ Prozessoren und Intel® Omni-Path-Architektur (Intel® OPA) Fabric.

Die Designer von Marconi bauten auf Cinecas früheren Erfahrungen mit Intel® Xeon® Prozessoren und Intel TrueScale-Netzwerkadaptern (den Vorgängern von Intel® OPA) auf. Für den Supercomputer der nächsten Generation wählten sie Intel® Xeon® Prozessoren, Intel® Xeon Phi™ Prozessoren, skalierbare Intel® Xeon® Prozessoren und Intel® OPA-Fabric, um ein sehr großes System zu verbinden, das die von Forschern benötigte Leistung liefern konnte, um neue Erkenntnisse unter Verwendung von numerischen Simulationen und Computational Science zu ermöglichen. Das System wurde von Lenovo mithilfe seiner NeXtScale* Plattform gebaut und eingesetzt.

Ab 2015 wurde die erste Gruppe von 720 Knoten (Marconi-A1) mit 25.920 Kernen bereitgestellt, die den Intel® Xeon® Prozessor E5-2696 v4 verwendete. Im Jahr 2016 implementierte Lenovo die größte Partition (Marconi-A2) mit 244.880 Kernen auf 3.600 Knoten des Intel® Xeon Phi™ Prozessors 7250 mit 68 Kernen pro Knoten. 2017 wurden weitere 110.592 Kerne in 2.304 Knoten (Marconi-A3) hinzugefügt. Das bot Cineca eine große Zahl von Kernen über Intels Multicore- und Many-Integrated-Core-Architekturen (MIC) hinweg. Marconi hat seit November 2016 konsistent unter den 20 schnellsten Supercomputern der Welt rangiert2.

Ergebnis
Cineca gehört zum MaX — Materials Science at the Exascale — European Center of Excellence for HPC Applications. Es wurde erstmals 2016 aufgenommen, als Marconi in Betrieb genommen wurde. Im Jahr 2018 wurde die Aufnamhe für drei weitere Jahre erteilt. Marconi ist weiterhin ein kritischer Teil von Forschung und Design in ganz Europa.

Fünfzig Prozent von Marconis Workloads stammen aus Projekten aus ganz Europa, die über 100 Millionen Euro an Finanzierung repräsentieren. Der Rest von Marconi ist Forschern im Inland gewidmet. Einer der wichtigsten Bereiche ist die Werkstoffkunde, bei der rechenintensive elektronische Struktur-Workloads eingesetzt werden. Die Unterstützung von Rechenprojekten mit dieser Komplexität und Umfang im Feld der Computational Science erfordert, dass Cineca sich an der Optimierung populärer Open-Source-Codes wie Quantum Espresso* beteiligen muss. Carlo Cavazzoni von Cineca hat 20 Jahre zum Projekt Quantum Espresso* (QE) beigetragen und eine tragende Rolle bei der Optimierung mehrfacher Workloads, darunter QE auf dem Intel® Xeon Phi™ Prozessor gespielt. Er hat auch die Arbeit an proprietären Plasmaphysik-Codes unterstützt. Diese Optimierungen haben bei Projekten, die auf den skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren und Intel® Xeon Phi™ Prozessoren von Marconi laufen, deutliche Beschleunigungen ermöglicht
Prozessorknoten.

Andrea Ferretti ist ein Forscher im Bereich der kondensierten Materie und Festkörperphysik beim italienischen Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR). Unter Verwendung von Marconi halfen seine Ab-initio-Simulationen von elektronischen Strukturen und Erregungen dabei, neue Elektroluminiszenz-Eigenschaften von Graphen-Nanobändern (GNR) und Eigenschaften zur Kontrolle von Spin-Interfaces mit hoher thermischer Stabilität zu entdecken.

Zusammenfassung
Cineca ist Italiens führendes Rechenzentrum für Supercomputing und bietet integralen Support für Projekte in ganz Europa. Marconi ist Cinecas neueste HPC-Ressource und basiert auf skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren, Intel® Xeon Phi™ Prozessoren und der Intel® Xeon® E5 v4 Prozessorreihe mit Intel® OPA als verbindendes Fabric. Das System wurde von Lenovo gebaut und in drei Phasen von 2016 bis 2018 implementiert. Marconi rangiert immer wieder unter den führenden 20 Supercomputern auf der Liste Top500.

Lösungskomponenten

  • Lenovo NeXtScale* Plattform
  • Intel® Xeon® Prozessor E5-2697 v4, Intel® Xeon Phi™ Prozessor 7250, Intel® Xeon® Platinum 8160 Prozessor: insgesamt of 6.624 Knoten mit 381.392 Kernen
  • Intel® OPA Edge-Switches, Director-Switches und Host-Schnittstellen

Produkt- und Leistungsinformationen

1

Die theoretische Leistung wurde am 12. November 2018 von Cineca für das Top500-Ranking berechnet: https://www.top500.org/system/178937.