BlueGene

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BlueGene ist ein Projekt, eine High-End-Computertechnologie zu entwerfen und zu bauen. Laut IBM sowohl zur Erforschung der Grenzen des Supercomputing: in der Computerarchitektur, der zur Programmierung und Kontrolle massiv paralleler Systeme nötigen Software und um die Rechenkraft zur Erlangung eines besseren Verständnisses biologischer Prozesse wie etwa der Proteinfaltung zu nutzen [1]. Letzteres war auch für die Namensgebung verantwortlich.

Im Dezember 1999 kündigte IBM ein auf fünf Jahre angelegtes Programm an, einen massiv parallelen Computer zu bauen, der bei der Erforschung biomolekularer Phänomene wie der Proteinfaltung helfen soll. Zielvorgabe war dabei, Geschwindigkeiten im Peta-FLOPS-Bereich zu erreichen.

Es handelt sich um ein kooperatives Projekt zwischen dem US-Energieministerium (welches das Projekt teilweise auch finanziert), der Industrie (insbesondere IBM), und den Hochschulen. In der Entwicklung befinden sich fünf BlueGene-Projekte, darunter BlueGene/L, BlueGene/P und BlueGene/Q.

Als erstes System war BlueGene/L vorgesehen. Die Vorgaben lagen bei einem System mit einer Spitzenleistung von 360 TFLOPS auf 65.536 Nodes und Fertigstellung 2004/2005. Die darauffolgenden Maschinen sollen bis zu 1000 TFLOPS (Blue Gene/P, 2006/2007) beziehungsweise 3000 TFLOPS (Blue Gene/Q, 2007/2008) erreichen. Die Dauerleistung dieser Nachfolgesysteme von Blue Gene/L soll bei 300 TFLOPS beziehungsweise 1000 TFLOPS liegen.

[Bearbeiten] BlueGene/L

Diagram des Systemaufbaus am Beispiel des BlueGene/L

Bei BlueGene/L handelt es sich um eine Familie sehr gut skalierbarer Supercomputer. Das Projekt wird von IBM gemeinsam mit dem Lawrence Livermore National Laboratory finanziert.

Die Architektur besteht aus einem Basisbaustein, der immer wieder wiederholt werden kann, ohne dass Flaschenhälse entstehen. Jeder Knoten des BlueGene besteht aus einem ASIC mit zugehörigem DDR-SDRAM-Speicher. Jeder ASIC wiederum besteht aus zwei 0,7 GHz PowerPC 440d Prozessoren (d: 2 FPU pro CPU) , einem Cachesubsystem und einem Kommunikationssubsystem. Die doppelten GFlops-Raten auf verschiedenen Zeichnungen im Netz rühren von der Tatsache her, dass ein ASIC mit zwei Prozessoren in zwei Modi betrieben werden, welche entweder beide Prozessoren für Rechenaufgaben verwenden, oder nur einen für Rechenaufgaben und den anderen als Coprozessor für Kommunikationsaufgaben. Für die Kommunikation zwischen den Prozessoren steht ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk mit einer 3D-Torus-Topologie, sowie ein hierarchisches Netzwerk für kollektive Operationen zur Verfügung. Der Zugriff auf das Torus-Netzwerk erfolgt über speicher-gemappte Netzwerkadapter, um ähnlich wie bei InfiniBand sehr niedrige Latenzzeiten zu erzielen. Für die Kommunikation wurde eine modifizierte MPICH2-Implementierung entwickelt. Auf den Rechenknoten läuft ein speziell hierfür programmierter, sehr kleiner POSIX-Kernel, welcher kein Multitasking unterstützt - das laufende Programm ist also der einzige Prozess auf dem System.

In der Ausgabe November 2004 der TOP500-Liste übernahm das noch im Aufbau befindliche System Blue Gene/L am Lawrence Livermore National Laboratory mit 16 Racks (16 384 Knoten, 32 768 Prozessoren) den Spitzenplatz. Seitdem wurde es schrittweise ausgebaut und erreichte am 27. Oktober 2005 im Endausbau mit 65 536 Knoten über 280 TFLOPS, was ihm die Führung in der TOP500 11/2005 einbrachte.

Die Architektur taugt jedoch auch für andere Installationen wie den Watson Blue Gene (BGW) am IBM-eigenen Thomas J. Watson Research Center (Drittplatzierter in der TOP500 11/2006), JUBL (Jülicher Blue Gene/L am Forschungszentrum Jülich) und 13 weiteren Einträgen in den Top 100. Diese fallen alle unter die Bezeichnung eServer Blue Gene Solution.