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McKernel für Supercomputer

Wohl schon zu den Klassikern gehört der Microkernel L4: Bei einem Microkernel werden alle Gerätetreiber und Dateisysteme als eigenständige Prozesse realisiert. Der Kernel bietet nur Schnittstellen zur Behandlung von Interrupts, zur Realisierung eines Planungsverfahrens und zur Umsetzung von Interprozesskommunikationsmechanismen an. Dies verspricht eine exzellente Skalierbarkeit.

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Im Projekt FFMK wird L4 für das Hochleistungsrechnen erweitert. Um eine Binärkompatibilität zu Linux zu gewährleisten, besteht die Möglichkeit, Linux zu paravirtualisieren. Bei der Paravirtualisierung wird die Verwendung von privilegierten Instruktionen in Funktionen gekapselt, welche die Anfragen zum Host weiterleiten. Bei L4 können die Anwendungen zudem entkoppelt und direkt von L4 kontrolliert werden, was das Hintergrundrauschen reduziert und die Skalierbarkeit erhöht. Initiiert die Anwendung einen Systemaufruf, erhält Linux die Kontrolle über die Anwendung zurück. Im Unterschied zu den Multikernel-Ansätzen läuft Linux nicht parallel zum LWK auf der Hardware. Vielmehr behält L4 stets die Kontrolle über das Gesamtsystem und Linux ist nur Gast in einer paravirtualisierten Umgebung.

  • Überblick zu Hermit (Diagramm: Stefan Lankes)
  • Überblick zu L4-Linux (Diagramm: Stefan Lankes)
  • Überblick zu McKernel (Diagramm: Stefan Lankes)
  • Über 90 Prozent aller Supercomputer nutzen Linux. (Diagramm: Stefan Lankes)
  • Der Titan-Supercomputer (Foto: Oak Ridge National Laboratory)
  • 3D Xpoint ist Storage Class Memory. (Bild: Intel)
Überblick zu L4-Linux (Diagramm: Stefan Lankes)

Erreichen der Exascale-Marke

Die Welt der Systemsoftware ist in Bewegung geraten und es ist spannend zu beobachten, wie die Exascale-Marke erreicht wird. Für den Nachfolger des japanischen K-Computers wird der Hersteller Fujitsu zu einem Prozessor aus der ARMv8-Linie wechseln. Mckernel soll als skalierendes Betriebssystem eingesetzt werden. Das mag für einen Außenstehenden überraschend sein, da Mckernel für einen Xeon Phi entwickelt wurde. Es muss zunächst seine Praxistauglichkeit beim neuen Supercomputer Oakforest-Pacs der Universität Tokio belegen, der aus 8.208 Xeon-Phi-Prozessoren besteht und noch dieses Jahr in Betrieb gehen soll.

Auf chinesischer Seite werden bis Ende 2017 drei Supercomputer entwickelt und evaluiert, um den vielversprechendsten Ansatz für ein Exascale-System zu ermitteln. Mit dessen Hilfe soll die Exascale-Marke durchbrochen werden. Aufgrund des Exportverbots der USA von Hochleistungsprozessoren an China werden die drei Systeme keine Intel-Prozessoren verwenden.

Dadurch wird ein System auf einer ARM-Architektur basieren, ein anderes auf der chinesischen Eigenentwicklung des Sunway-Prozessors und ein drittes soll die chinesische Fortentwicklung einer x86-Architektur verwenden. Letztere ist durch ein Lizenzabkommen zwischen AMD und dem chinesischen Hersteller Sugon möglich. Da die Chinesen die Top 500 derzeit mit einer Eigenentwicklung anführen, ist ein spannender Wettbewerb zu erwarten.

Entwicklung im Supercomputer-Mutterland USA

Doch wie sieht es im Supercomputer-Mutterland USA aus? Im Lawrence Livermore National Laboratory und im Oak Ridge National Laboratory sollen noch im Jahr 2017 Systeme basierend auf IBMs Power9-CPUs und Nvidias GPUs entstehen, die beide schneller als der aktuelle Spitzenreiter der Top 500 sein sollen. Die Systeme sind aus Arbeiten der Openpower Foundation entstanden - im Prinzip eine Kooperation von Firmen, um mit dem bisherigen HPC-Dominator Intel konkurrieren zu können.

Intel will seine Marktposition verteidigen und wird im Jahr 2018 das Aurora-System für das Argonne National Laboratory (ANL) bauen, das aus dem Nachfolger der aktuellen Xeon Phi bestehen soll. Die Messlatte soll hierdurch noch einmal höher gelegt werden. Hierfür ist es wichtig, dass die aktuelle Generation (Knights Landing) noch in diesem Jahr belegt, dass sie eine gute Basis für zukünftige HPC-Systeme darstellt.

 Ohne Linux läuft kaum etwas
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Atalanttore 23. Okt 2016

Müssten Änderungen an Linux nicht zurückgeführt werden, wäre Linux jetzt da, wo Unix...

McFly 21. Okt 2016

halten wir uns echt noch an diesem Schwachsinn auf? Das Kind ist doch schon längst in den...

Quantium40 20. Okt 2016

Ich vermute ja eher, dass dabei auf verteiltes Rechnen gesetzt wird. Einmal pro Monat...

Quantium40 20. Okt 2016

Richtig. Fast richtig. Moores Feststellung lautete "The complexity for minimum...

Netzweltler 19. Okt 2016

http://www.hsafoundation.com/ Gibt's, aber eine dezidierte Ausrichtung auf Supercomputer...


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