Energieeffizienz und Software
Wirkungsvolle Steuerung von HPC-Systemen und die Virtualisierung von IT-Technik
Die kontinuierlichen Leistungssteigerungen bei Prozessoren führten dazu, dass das Potenzial von Serversystemen in Rechenzentren oft genug nicht mehr voll ausgeschöpft wird. Diese Unwucht lässt sich für ein gezieltes Energiemanagement durch Virtualisierung ausgleichen: Werden mehrere virtuelle Instanzen auf einer physischen Serverhardware betrieben, spart das nicht nur Platz. So die Leistung der verfügbaren Geräte flexibel auf die aktuelle sowie eine zukünftige Auslastung ausgerichtet werden. Die Virtualisierung von technischen Ressourcen macht ein Rechenzentrum flexibler, aber auch nachhaltiger. Dies stellt einen wichtigen strategischen Baustein für ein nachhaltiges Energiemanagement im Bereich “Virtual Infrastrucutre Services”, aber auch bei Speicher- und Datennetztechnik am LRZ dar.
Forderungen an den Software Stack
In den parallel aufgebauten HPC-Systemen des LRZ arbeiten tausende von Prozessoren und Rechenkerne gleichzeitig – eine Herausforderung an den Software Stack, vor allem an die Betriebssoftware sowie die Scheduling-Tools, mit denen die Auslastung des HPC-Systems gesteuert wird. Zumal die Tools und Programme auch noch dafür sorgen sollen, dass die Mechanismen zur Verringerung des Strombedarfs, die in die Hardware eingebaut wurden, optimal funktionieren.
Das LRZ unterstützt diese Aufgaben durch den Einsatz von Frameworks wie Energy Aware Runtime (EAR). Weil viele wissenschaftliche Anwendungen kaum von einer höheren Taktung profitieren, weden die HPC-Systeme des LRZ meistens mit reduzierter Taktfrequenz betrieben, bei der sie effizienter laufen. Ohne diese Aussteuerung würden die Computer im Jahresmittel bis zu 30 Prozent mehr Strom verbrauchen.
Weitere Möglichkeit, die Energieaufnahme der Hochleistungsrechner zu senken, bietet das Scheduling oder eine gezielte Planung der Aufträge für das Supercomputing: Das LRZ setzt dabei auf SLURM, außerdem auf das Energy Aware Scheduling, für das Forschung und Technik immer mehr Werkzeuge entwickeln. Rechenaufträge werden dafür so kombiniert, dass Speicher und Prozessoren möglichst gleichmäßig beschäftigt sind.
Ziel: Einzelne Arbeitsaufträge automatisiert so aufzuteilen, dass alle Komponenten eines Systems bei niedriger Taktfrequenz gleichmäßig beschäftigt sind. Auch so kann der Stromverbrauch gesenkt werden.