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Was ist High-Performance-Computing?

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Storage für HPC

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High-Performance-Computing (HPC) ist die Fähigkeit, mit hoher Geschwindigkeit Daten zu verarbeiten und komplexe Berechnungen durchzuführen. Ein Notebook oder Desktop-PC mit einem 3-GHz-Prozessor kann etwa 3 Milliarden Berechnungen pro Sekunde durchführen. Das ist zwar viel schneller, als jeder Mensch erreichen kann, aber im Vergleich zu HPC-Lösungen, mit denen sich pro Sekunde eine Billiarde Anzahl von Berechnungen durchführen lässt, ist das fast gar nichts.

Eine der bekanntesten HPC-Lösungen ist der Supercomputer. Ein Supercomputer enthält Tausende von Compute-Nodes, die zusammen arbeiten, um eine oder mehrere Aufgaben zu erledigen. Dies wird als parallele Verarbeitung bezeichnet. Es ist so ähnlich, als ob Tausende von PCs miteinander vernetzt sind und ihre Rechenleistung kombinieren, um Aufgaben schneller auszuführen.

Warum ist HPC wichtig?

Durch Daten werden bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen gemacht, maßgebliche Innovationen hervorgebracht und die Lebensqualität von Milliarden Menschen weltweit verbessert. HPC ist die Grundlage für wissenschaftlichen, industriellen und gesellschaftlichen Fortschritt.

Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI) und 3D-Bildgebung entwickeln sich weiter. Daher wächst die Größe und Menge der Daten, mit denen Unternehmen arbeiten müssen, exponentiell. Für viele Zwecke, wie das Streaming eines Live-Sportereignisses, die Verfolgung eines sich entwickelnden Sturms, das Testen neuer Produkte oder die Analyse von Aktientrends, ist die Fähigkeit, Daten in Echtzeit zu verarbeiten, von entscheidender Bedeutung.

Um den Mitbewerbern einen Schritt voraus zu sein, benötigen Unternehmen eine blitzschnelle, äußerst zuverlässige IT-Infrastruktur, mit der sie riesige Datenmengen verarbeiten, speichern und analysieren können.

Wie funktioniert HPC?

HPC-Lösungen haben drei Hauptkomponenten:

  • Computing
  • Netzwerk
  • Storage

Für den Aufbau einer High-Performance-Computing-Architektur werden Server zu einem Cluster vernetzt. Softwareprogramme und Algorithmen werden gleichzeitig auf den Servern im Cluster ausgeführt. Das Cluster ist mit dem Datenspeicher vernetzt, um den Output zu erfassen. Diese Komponenten arbeiten nahtlos zusammen, um eine Vielzahl von Aufgaben zu erfüllen.

Um mit maximaler Performance zu arbeiten, muss jede Komponente mit den anderen Schritt halten. Die Storage-Komponente muss beispielsweise in der Lage sein, Daten so schnell wie möglich in die Computing-Server einzuspeisen und von ihnen zu erfassen. Ebenso müssen die Netzwerkkomponenten in der Lage sein, den Hochgeschwindigkeitstransport von Daten zwischen Computing-Servern und dem Datenspeicher zu unterstützen. Wenn eine Komponente nicht mit dem Rest mithalten kann, leidet die Performance der gesamten HPC-Infrastruktur.

Was ist ein HPC-Cluster?

Ein HPC-Cluster besteht aus Hunderten oder Tausenden von Computing-Servern, die miteinander vernetzt sind. Jeder Server wird als Node bezeichnet. Die Nodes in den einzelnen Clustern arbeiten parallel zueinander. Auf diese Weise steigern sie die Verarbeitungsgeschwindigkeit und ermöglichen das High-Performance-Computing.

Anwendungsfälle für HPC

HPC-Lösungen werden On-Premises, in der Peripherie oder in der Cloud bereitgestellt und in verschiedenen Branchen für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Einige Beispiele:

  • Forschungslabors: HPC wird eingesetzt, um Wissenschaftler bei der Suche nach erneuerbaren Energiequellen zu unterstützen, die Entwicklung unseres Universums zu verstehen, Stürme vorherzusagen und zu verfolgen und neue Materialien zu entwickeln.
  • Medien und Unterhaltungsbranche: HPC wird verwendet, um Spielfilme zu bearbeiten, umwerfende Spezialeffekte zu erzeugen und Live-Events auf der ganzen Welt zu streamen.
  • Öl und Gas: HPC wird verwendet, um genauer zu bestimmen, wo neue Bohrungen durchgeführt werden sollten, und um das Förderergebnis aus vorhandenen Bohrungen zu verbessern.
  • Künstliche Intelligenz/Machine Learning: HPC kommt zum Einsatz, um Kreditkartenbetrug zu erkennen, technischen Support als Self-Service anzubieten, autonomen Fahrzeugen das Fahren beizubringen oder auch die Methoden zur Gesundheitsvorsorge zu verbessern.
  • Finanzdienstleistungen: HPC wird verwendet, um Aktientrends in Echtzeit zu verfolgen und den Handel zu automatisieren.
  • HPC wird eingesetzt, um neue Produkte zu entwerfen, Testszenarien zu simulieren und sicherzustellen, dass Teile auf Lager sind, damit es keine Unterbrechungen in der Produktion gibt.
  • HPC kommt zum Einsatz, wenn es darum geht, Heilmethoden gegen Krankheiten wie Diabetes oder Alzheimer zu entwickeln und schnellere, präzisere Diagnosen bei Patienten zu ermöglichen.

NetApp und HPC

NetApp HPC-Lösung bietet eine komplette Reihe hochperformanter, hochdichter E-Series Storage-Systeme. Eine modulare Architektur mit branchenführendem Preis-Leistungs-Verhältnis bietet eine echte Pay-as-you-grow-Lösung zur Unterstützung von Storage-Anforderungen für Datensätze mit mehreren Petabyte. Das System ist in führende HPC-Dateisysteme integriert, darunter Lustre, IBM Spectrum Scale, BeeGFS und andere, um die Anforderungen der weltweit größten Computing-Infrastrukturen hinsichtlich Performance und Zuverlässigkeit zu erfüllen.

E-Series Systeme bieten die Performance, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit, Einfachheit und niedrigere TCO, die für die Bewältigung der Herausforderungen bei der Unterstützung extremer Workloads erforderlich sind:

  • Performance. Bietet bis zu 1 Million zufällige Lese-IOPS und eine kontinuierliche Schreibbandbreite von 13 GB/s (maximale Burst-Bandbreite) pro skalierbarem Baustein. Die NetApp HPC-Lösung ist sowohl für Flash- als auch für Spinnen-medien optimiert und umfasst eine integrierte Technologie, die Workloads überwacht und Konfigurationen automatisch anpasst, um die Performance zu maximieren.
  • Zuverlässigkeit. Unser fehlertolerantes Design ermöglicht eine Verfügbarkeit von mehr als 99,9999 % – mehr als 1 Million implementierte Systeme belegen dies. Integrierte Datensicherungsfunktionen stellen sicher, dass die Daten stimmen – verlustfrei, unbeschädigt und ohne fehlende Bits.
  • Mühelose Implementierung und einfaches Management. Modulares Design, sofortige ("Ausschneiden und Einfügen") Replizierung von Storage-Blöcken, proaktive Monitoring- und Automatisierungsskripts sorgen für ein einfaches, schnelles und flexibles Management.
  • Skalierbarkeit. Ein granularer Ansatz für Wachstum, der eine nahtlose Skalierbarkeit von Terabyte auf Petabyte ermöglicht, indem Kapazität in jedem Schritt hinzugefügt wird — jeweils — ein oder mehrere Laufwerke gleichzeitig.
  • Niedrigere Gesamtbetriebskosten (TCO). Die für Preis/Performance optimierten Bausteine und die branchenweit beste Dichte pro bieten niedrige Kosten für Strom, Kühlung und Support sowie eine viermal höhere Ausfallrate als herkömmliche HDD- und SSD-Geräte.

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