Forschung Strukturbiologie

Anwenderbericht: Individualisierte IT-Lösung für die Forschung


Forscher betreten Neuland abseits ausgetretener Pfade. Ebenso einzigartig sollten die IT-Systeme sein, die sie unterstützen – davon ist microstaxx überzeugt. Das Münchener IT-Systemhaus plant und implementiert individuelle Cluster-Lösungen für die deutsche Forschung – unter anderem für die Max-Planck-Gesellschaft.

Eine reibungslose und wettbewerbsfähige Forschungsarbeit ist nur dann gewährleistet, wenn sich Datenberge schnell und ausfallsicher verarbeiten lassen. Gefragt sind hoch performante Supercomputer. Für ein Höchstmaß an Flexibilität geht microstaxx in seiner langjährigen Partnerschaft mit Fujitsu neue Wege. Das Münchener IT-Systemhaus arbeitet mit dem Fujitsu Werk in Augsburg zusammen – einer der weltweit modernsten Produktionsstandorte für Computer und Speichersysteme. Hier entstehen unter anderem die PRIMERGY Server.

Die Besonderheit: Beide Partner sind offen für ungewöhnliche Lösungen, um das Budget des Kunden zu schonen. So kombinieren sie beispielsweise klassische DataCenter Server mit kostengünstigen Consumer-Grafikkarten des Herstellers NVIDIA. Die Zuverlässigkeit der individuellen Lösung ist dabei jederzeit zu 100 Prozent gewährleistet.

Systemingenieure von Fujitsu und microstaxx führen im Projektfall einen Proof of Concept durch, testen den Supercomputer im Labor unter praxisnahen Bedingungen – noch bevor der Kunde eine Order erteilt hat. Nach der technischen Freigabe garantieren die Partner, dass die Spezialkonfiguration einen unterbrechungsfreien Forschungsbetrieb ermöglichen wird. Das Fazit: maximaler Investitionsschutz im Supercomputing Bereich.

 

Wie das Max-Planck-Institut in Frankfurt zu seinem Wunsch-Cluster kam

Zu den Kunden aus dem Forschungsbereich zählt das Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt. Dort arbeiten Forscher mit Elektronenmikroskopen, die einige Millionen GB an Daten erzeugen. Die vorhandenen Serverkapazitäten reichten nicht mehr zur Speicherung und zum Prozessieren der anfallenden Daten aus. Konsequenterweise haben sich die Forscher zu einer Erweiterung der Rechner- und Speicherkapazitäten entschieden und ihren Bedarf ausgeschrieben. Das Angebot von microstaxx entsprach sowohl bezüglich der technischen Eigenschaften, als auch des Preis-/Leistungsverhältnisses den Anforderungen der Forscher.

microstaxx und Fujitsu haben Server und Storage von Fujitsu mit kostengünstigen Consumer-Grafikkarten von NVIDIA GeForce GTX in sechs Serverschränken kombiniert. Der Supercomputer steht in einem Rechenzentrum in Garching. Der Zugriff erfolgt über Datenleitungen des Deutschen Forschungsnetzes (DFN).

Doch wie ist die Zusammenarbeit überhaupt zustande gekommen? Wir haben mit den Projektverantwortlichen gesprochen.

 

Im Gespräch mit Ralph Oelschläger, Einkäufer am Max-Planck-Institut für Biophysik

microstaxx: Herr Oelschläger, was waren Ihre Projektanforderungen?
Oelschläger: Das Institut stand kurz vor der Anschaffung eines zweiten Elektronenmikroskops. Da dieses große Mengen an Bildern und Filmsequenzen liefert, mussten wir uns für diese Datenquelle etwas einfallen lassen, um die Rechnerleistung und Speicherkapazität zu steigern. Wir als Verwaltung hatten dabei die Anforderung, den Bedarf über einen aktuellen Rahmenvertragspartner der Max-Planck-Gesellschaft abzuwickeln.

(Bildquelle: Max-Planck-Institut für Biophysik)

microstaxx: Fujitsu steht mit einer Projektfreigabe hinter der Sonderlösung. War das für Sie kaufentscheidend?
Oelschläger: Entscheidend war für uns die Garantiezusage von microstaxx nach dem erfolgreich absolvierten Proof of Concept. Ab diesem Zeitpunkt stand für uns fest: Wir haben die perfekte Lösung für die Anforderungen unseres Instituts gefunden. Ein gutes Gefühl.

microstaxx: War es für Sie wichtig, dass die Consumer GPUs die Garantie der Serversysteme nicht tangieren?
Oelschläger: Für uns war eine Garantiezusage für den Einsatz der Consumer-GPUs im Cluster zwingend erforderlich. Als Institut benötigen wir vollen Investitionsschutz, um in die Zukunft planen zu können. Daher sind wir sehr froh, dass microstaxx und Fujitsu schon vor der Bestellung einen ausführlichen Proof of Concept durchgeführt und dabei sichergestellt haben, dass alle Komponenten unter den gegebenen Bedingungen miteinander kompatibel sind.

microstaxx: War der individuelle Cluster aus Ihrer bisherigen langjährigen Erfahrung betriebswirtschaftlich attraktiv?
Oelschläger: Kurz und knapp: Ja! Wir haben die Clusterlösung mit Angeboten von Wettbewerbern verglichen. Das Angebot von microstaxx ging dabei aufgrund von Leistungswerten und der Endsumme als Sieger hervor.

microstaxx: Wie bewerten Sie die Tatsache, dass Fujitsu die spezielle Konfiguration erst über den Proof of Concept validiert hat?
Oelschläger: Die Vorvalidierung, die das Cluster auf Funktionalität und Wärmeentwicklung getestet hat, gab uns Sicherheit, sowohl in Bezug auf die Rechnerleistung, als auch die Leistungsfähigkeit und Kompetenz unserer Handelspartner. Einen solchen PoC kann man gar nicht hoch genug bewerten. Positiv zu erwähnen ist zudem, dass unsere Partner die Tests zeitnah durchgeführt haben und das Max-Planck-Institut für Biophysik über den Stand der Ergebnisse auf dem Laufenden gehalten haben.

microstaxx: Vielen Dank für das Gespräch, Hr. Oelschläger.

 

Im Gespräch mit Dr. Özkan Yildiz, Forscher am Max-Planck-Institut für Biophysik

microstaxx: Hr. Dr. Yildiz, was sind Ihre Forschungsziele und wie unterstützt Sie der neue Supercomputer?
Yildiz: Das Ziel der Forscher in der Abteilung Strukturbiologie (Direktor: Prof. Dr. Werner Kühlbrandt) ist es, Strukturen von Proteinen aufzuklären, die sich in den Zellmembranen befinden, mit diesen interagieren oder mit anderen Proteinen Komplexe bilden. Dafür verwenden wir unter anderem Elektronenmikroskope (EM), die mit neuartigen Detektoren ausgestattet sind. Sie liefern bis zu 400 Bilder pro Sekunde, die als aufeinanderfolgende Bilddateien als Movies gespeichert werden. Ein Movie von einem Experiment dauert bis zu 200 Sekunden. Um Strukturen von Proteinen in hoher Auflösung zu erhalten, müssen mehrere Tausend Movies aufgenommen werden, von denen jeder einzelne bis zu 200 GB groß werden kann. Eine enorme Datenflut, welche rechenaufwendig prozessiert werden muss. Denn ein Bildbearbeitungsprogramm muss jedes einzelne Bild prozessieren. Das Cluster wird uns dabei helfen, diese großen Datenmengen schneller zu speichern und zu bearbeiten.

(Bildquelle: Max-Planck-Institut für Biophysik)

microstaxx: Warum wollten Sie Consumer Grafikkarten in Ihren Servern?
Yildiz: Der Rauschanteil in den EM-Bildern ist hoch und die Prozessschritte erfolgen mehrmals. Potentielle Bitfehler der Consumer Grafikkarten fallen nicht so sehr ins Gewicht, als dass die bessere Qualität der professionellen Karten deren bis zu achtfach höheren Preis rechtfertigen würde. Die Bildverarbeitungssoftware ist für Single Precision optimiert, sie würden das höhere Potential der Profikarten also nicht voll ausnutzen. Unsere Tests haben zudem gezeigt, dass die Consumer Grafikkarten auch bei Volllast über längeren Zeitraum nicht ausfallen oder Hitzeprobleme verursachen – eine gute Luftkühlung vorausgesetzt.

microstaxx: War es für Sie wichtig, dass die Consumer GPUs die Garantie der Serversysteme nicht tangieren?
Yildiz: Auf jeden Fall. Ansonsten könnte der Hersteller im Garantiefall den Grund des Fehlers immer bei der Consumer GPU suchen – auch dann, wenn die Defekte gar nicht auf die Grafikkarte zurückgehen, sondern beispielsweise auf einen RAM-Fehler.

microstaxx: Ist Ihre Serverlösung auch für andere Forschungs- und Lehrinstitute geeignet?
Yildiz: Die zusammengestellten Konfigurationen sind sicherlich auf Institute übertragbar, die große Datenmengen produzieren und prozessieren, etwa mit der Elektron-Cryo-Mikroskopie. Andere Institute, bei denen die Storage-Anbindung oder die Kapazität nicht so relevant ist, müssten die Konfiguration ihren Bedürfnissen anpassen.

microstaxx: Vielen Dank für das Gespräch, Hr. Dr. Yildiz.

 

Im Gespräch mit Robert Brunnbauer (Fujitsu Werk Augsburg/Technology-Solutions-Testcenter)

microstaxx: Herr Brunnbauer, war es eine Herausforderung, die Sonderlösung im Werk Augsburg zu produzieren?
Brunnbauer: Ja, aber eine Herausforderung, die alle Kollegen in Augsburg sehr gerne angenommen und glänzend gemeistert haben. Gerade in diesem Punkt konnten wir bei Fujitsu unseren Standortvorteil ausspielen. Alle Spezialisten sind hier konzentriert, jeder engagiert sich gerne für wichtige Projekte – auch über seine Tagesarbeit hinaus.

microstaxx: Wie ist Fujitsu auf solche Sonderfreigaben vorbereitet? Wo sehen Sie den Mehrwert für Endkunden im HPC-Bereich?
Brunnbauer: Durch Flexibilität, zeitnahe Abstimmung und die Möglichkeit, einen Proof of Concept durchzuführen, kann sich der Kunde schon vor seiner Order sicher sein, dass seine spezielle Lösung vollumfänglich funktioniert. Das ist ein entscheidender Mehrwert.

microstaxx: Ist die erarbeitete Serverlösung auf andere Kunden übertragbar?
Brunnbauer: Ja, selbstverständlich. Das war eines der Ziele des großen Aufwands, den Fujitsu und microstaxx betrieben haben.

microstaxx: Wie lief der PoC ab und welche Hürden gab es im Projekt zu meistern?
Brunnbauer: Wir haben in Augsburg zunächst einen Server PRIMERGY RX2540 M4 aufgebaut. Unsere Kollegen vom System Engineering haben dazu PCI Riser-Karten mechanisch angepasst und Stromkabel zum Anschluss der Grafikkarten GTX1080Ti entwickelt. In zwei arbeitsreichen Tagen haben wir die Konfiguration zum Laufen gebracht. Ein Langzeittest unter Volllast im Labor stellte anschließend die Stabilität und Performance des Systems unter Beweis. Die Abteilung Customizing sorgte zusammen mit der Fertigung dann für einen reibungslosen Ablauf der Produktion.

microstaxx: Vielen Dank für das Gespräch, Hr. Brunnbauer.

(Das Serversystem und die Rackschränke)


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Ein Gedanke zu “Anwenderbericht: Individualisierte IT-Lösung für die Forschung

  • Martin Reil, CEO microstaxx GmbH

    Einen ganz herzlichen Dank an das MPI in Frankfurt für Ihr Vertrauen – wir sind sehr stolz darauf, dass wir in diesem Projekt gemeinsam mit unseren Partnern, Fujitsu und NVIDIA hier eine professionelle und maßgeschneiderte Lösung anbieten und implementieren konnten!
    Danke möchte ich auch allen Mitarbeitern der microstaxx, die direkt oder indirekt hier mitgearbeitet haben – klasse mit so einem Team arbeiten zu können !