Silicon Graphics...............

Prof. Schultens Team bediente sich eines Teil der Ressourcen, die ein am NCSA (National Center for Supercomputing Applications) installiertes 1,024-Prozessorsystem ´SGI Altix 3700 Bx2´ für wissenschaftliche Aufgabenstellungen zur Verfügung hält. Der Altix-Hochleistungsrechner erlaubte dem Team, die Wechselwirkungsdynamik sämtlicher 1 Mio Atome über einen Zeitrum von 50 Nanosekunden hinweg zu simulieren - über eine Zeitspanne von 50 Milliardstel Sekunde, die sehr kurz scheint, jedoch nicht weniger als 50 Mio einzelne Zeitschritte umfasste, da es galt, die Atombewegung in winzigen Zeitabständen von einer Femtosekunde (1 Millionstel Nanosekunde) zu betrachten.

Im Lebenszyklus des Virus die Angriffspunkte erkennen
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Obwohl das Tabakmosaik-Virus so klein ist, dass Biologen es lediglich als Teilchen betrachten, erschließt sich mit ihm die Möglichkeit, einen Organismus so zu simulieren, wie er tatsächlich funktioniert, und damit ein weiterer Hoffnungsträger für die medizinische Forschung. "Die Simulation wird uns verstehen helfen, wie sich das Virus aufbaut und wie es zerfällt," erklärt Peter Freddolino, Mitglied der Forschergruppe. "Weil Aufbau- und Zerlegungsprozess zwei ganz wesentliche Schritte im viralen Lebenszyklus sind, könnte das Verständnis dieser Vorgänge zu einer Entwicklung von Wirkstoffen führen, die von grundauf darauf abzielt, die Viren an ihren Schwachstellen zu attackieren."

Der von den Illinois-Forschern untersuchte Tabakmosaik-Satellitenvirus befällt zwar ausschließlich Pflanzen, aber die Wissenschaftler gehen davon aus, dass hochkomplexe Molekulardynamik-Simulationen, ähnlicher Art wie jetzt auf dem SGI-System realisiert, bald auch der Entwicklung und Verfeinerung von Wirkstoffen für Tier und Mensch dienen werden.

Exzellente Einzelknoten-Leistung, effiziente MPI-Implementierung
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Das am NCSA installierte SGI-Altix-System erwies sich für die Simulationszwecke der Forscher als leistungsfähige, effizient und flexibel nutzbare HPC-Ressource. Trotz der Komplexität ihres High-Performance-Computing-Problems benötigten sie nur 50 Tage und einen Bruchteil der 1,024 Intel®-Itanium®2-Prozessoren des Systems. Die meisten Teilberechnungen kamen mit 256 Prozessoren und 128 GB Memory aus, so dass der große Rest der Maschine weiterhin für andere Projekte zur Verfügung stehen konnte. NAMD, der skalierbare Molekulardynamik-Code, mit dem die Forschergruppe arbeitete, verteilt Aufgaben über Prozessoren und Hauptspeicherplatz und lässt die Simulationsläufe ein Maximum aus den gerade benötigten Prozessor- und Memory-Ressourcen herausholen.

"Die Altix-Plattform hat exzellente Leistungsfähigkeit in der Einzelknoten-Konfiguration und bietet auch eine sehr effiziente MPI-Implementierung," sagt Freddolino, "zwei Faktoren, die das System sehr eigneten, um unsere Arbeit effizient durchziehen zu können."
(Bei der Einzelknoten-Konfiguration ergibt sich eine Ressource für Shared-Memory-Computing unter einer einzigen Betriebssystem-Instanz, bei der MPI-Implementierung eine Mehrknoten-Ressource für Distributed-Memory-Computing, so dass auch Codes, die für Cluster-Systeme geschrieben sind, hocheffizient nutzbar sind).

Schulten: "Ideal ist es, mit einer mächtigen Rechnerplattform zu arbeiten, die die Ergebnisse schnell und bei geringstmöglichem Aufwand produziert. Dann kann man sich auf den eigentlichen Zweck der Anstrengung, auf die zugrunde liegende Wissenschaft konzentrieren. Genau das macht uns das NCSA möglich." Schulten ist intensiver Nutzer von NCSA-Ressourcen seit Jahren.

US-Regierung unterstreicht Commitment für HPC-Ressourcen
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NCSA-Direktor Thom Dunning: "Die US-Bundesregierung bekräftigt ihr Commitment für HPC in Form einer Reihe bevorstehender größerer Ausschreibungen für Systeme, die nochmals erheblich umfangreicher sein werden, als die, die wir heute unterstützen. Zentren wie das NCSA sind aufgefordert, mit solchen Investitionen Bestmögliches zu schaffen, indem wir mit Anwendern wie Prof. Schulten und ganzen wissenschaftlichen Communities eng zusammenarbeiten. Wir haben neue Konzepte entwickelt, wie wir Supercomputing-Ressourcen zur Verfügung stellen wollen und den Wissenschaftlern letztlich passgenau das bieten können, was sie brauchen, um solche atemberaubenden Durchbrüche wie die jetzige erstmalige Simulation dieses kompletten lebenden Teilchens zu erzielen."

50 nsec Echtzeit-Dynamik offenbart merkwürdiges Pulsieren
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Viren sind zwar die kleinsten bekannten Organismen. Doch noch bis vor kurzem waren Moleküldynamik-Simulationen auf gesamt-atomarem Niveau bei einer dermaßen großen Struktur, wie sie hier beim Tabakmosaik-Virus gegeben ist, schlichtweg nicht durchführbar. Deshalb müssen sich Forscher oft begnügen, nur Teile eines symmetrisch aufgebauten Virus zu analysieren und Szenarien mit symmetrischen Randbedingungen zu studieren. Oder sie betrachten bei den Simulationsrechnungen lediglich kleinere Bestandteile des Virus oder auch die Gesamtstruktur bei geringerer Auflösung und vereinfachten Algorithmen.

Mit Hilfe des Altix-Systems konnten sich die Illinois-Forscher der Herausforderung stellen - um im Falle des Pflanzenvirus die vertrackten Mechanismen zu untersuchen, die im Zuge der Infizierung der Wirtszelle sowie bei seiner weiteren Reproduktion und Verbreitung ablaufen.

Anhand des simulierten 50 Nanosekunden langen Realzeitgeschehens konnten die Forscher ersehen, dass das Virus, das sich zunächst symmetrisch zeigt, in Wirklichkeit an der Proteinschale gemäß eines asymmetrischen Bewegungsmusters nach innen und außen stülpend pulsiert. "Wir beobachteten, dass sich jeder Teil der Viralstruktur nahezu für sich selbst bewegt," erklärt Physiker Anton Arkhipov, der mit Freddolino und Prof. Schulten seit Projektbeginn vor rund einem Jahr zusammenarbeitet. Die simulations-basierten Erkenntnisse stehen im Einklang mit Beobachtungen, die andere Forscher mit traditioneller Laborarbeit machten. Diese früheren Beobachtungen hatten die Forscher jedoch stets im Unklaren über die Ursachen für dieses merkwürdige Verhalten gelassen. Jetzt ist man dem Mysterium einen großen Schritt näher gekommen.

Biologisches Reverse-Engineering
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Das Projekt, über das das Wissenschaftsmagazin Structure im März berichtete, ist der erste erfolgreiche Fall des Biologischen Reverse-Engineerings eines kompletten Virus. "Der Ansatz des Reverse-Engineering geht zurück auf etwas, was wir von Ingenieuren lernten", erklärt Schulte. "Modelliere die Sachverhalte, die dich interessieren und lasse sie in schnellen Testläufen durch einen Rechner ´fliegen´ - um zu sehen, ob sie auf virtueller Ebene, in silicio, ebenso aussehen und ablaufen, wie in Realität, in vivo. Ein tiefreichendes analoges Verstehen der mechanistischen Eigenschaften anderer, komplexerer Viren dürfte, das versteht sich, zum weiteren Fortschritt der Medizin und zum Wohle der allgemeinen Gesundheit beitragen."

Bild-Download in versch. Auflösungen:
www.sgi.com/...

Sehen Unternehmen auf ihre Systeme für Auftragsverarbeitung und andere transaktions-orientierten Funktionen ständig wachsende Lasten zukommen, können sich das SGI-Altix-System und dessen rekordsetzende Leistungsfähigkeit strategisch zunutze machen, um zu konsolidieren - mehr Funktionen auf weniger Hardware unterzubringen. Das führt zu einer niedrigen Cost-of-Owndership, zu einer effizienteren Nutzung der wertvollen IT-Immobilien sowie zu einer deutlich verbesserten Anwendungsleistung.

Bei dem Benchmark konnte SGIs Altix-Plattform wettbewerbende Systeme von Fujitsu Ltd, Sun Microsystems und anderen klar distanzieren. Getestet wurde ein Serversystem SGI Altix 3700 Bx2 mit 128 Intel®-Itanium®2-Prozessoren, wobei als Java-Virtual-Machine BEA JRockit® 5.0 JVM lief, die für Intel-basierte Server optimiert ist. Mit diesem SGI-Altix-System wurden 1,828,349 SPECjbb2005 bops¹ (business operations per second) erzielt. Die SPECjbb2005-Resultate sind gelistet unter www.spec.org.

Neben der Tatsache, dass SGI Altix in Tests mit 32- und 64-Prozessor-Konfigurationen² lineare Skalierbarkeit zeigt, brilliert die Plattform insbesondere auch beim Faktor Preis/Leistung. Gegenüber dem 5.8-Mio-$-System Fujitsu PrimePower, dessen Kosten sich auf 4.64 $ pro SPECjbb2005-bops belaufen, liegen die Kosten der Weltrekord setzenden Altix-Plattform bei lediglich 2.41 $ / SPECjbb2005 bops. Das getestete System SunFire E25K, dessen Preis 4.1 Mio $ beträgt, ist mit Kosten von 3.52 $ / SPECjbb2005 bops ebenfalls teuerer als das SGI-System. Außerdem ist das Verhältnis Preis/Leistung bei Midrange-Altix-Systemen nahezu identisch zu dem der 128-Prozessor-Konfiguration³.

Vorteile vom Einstiegs- bis zum HighEnd-Bedarf
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Angesichts der Tatsache, dass Java-basierte Anwendungen heute in den meisten Unternehmen und Institutionen eine fest verankerte Rolle spielen, besteht nach zuverlässigen, skalierbaren Serversystemen ein wachsender Bedarf, angefangen von der Einstiegs- über die Midrange- bis zur HighEnd-Konfiguration. Egal welche Organisationsebene betroffen ist, mit SGI Altix lässt sich die Infrastruktur erweitern, ohne dass den Server-Ressourcen drastisch mehr Platz eingeräumt werden muss.

*** Unternehmen können sich auf einen einzigen Altix-Server verlassen, auch wenn es mehrere Business-Transaction-Engines oder Batch-Läufe zu unterstützen gilt. Erfordert die Batch-Verarbeitung mehr Ressourcen, lassen sich Entrylevel- wie auch Midrange-Server ausbauen, um den Bedarf zu decken.
*** Altix-Nutzer können auf einem einzigen System mehrere JVM-Instanzen einrichten (das Altix-Rekordergebnis wurde mit 64 Instanzen von BEA JRockit 5.0 erzielt) und sich gleichzeitig der Vorzüge einer vereinfachten Administration erfreuen; denn das System kann als ein einziger großer Knoten betrieben werden, mit nur einer einzigen Instanz des Linux®-Betriebssystems.
*** Unternehmen und Institutionen können sich der Vorteile der flexibel nutzbaren, durchsatz-starken Altix-Systemarchitektur bedienen und auf der Plattform sowohl verteilte Anwendungen (Distributed-Memory-Codes) wie auch speicherintensive Applikationen (Shared-Memory-Codes) einzusetzen.

"SGI Altix ist aufgebaut rund um eine Hochleistungsarchitektur, aus der sich für eine ganze Klasse von Unternehmensanwendungen, die auf Java Virtual Machine basieren, unmittelbar geschäftliche Vorteile erschließen" sagt Scott Ellman, SGI, Data Management Segment Manager. "Altix arbeitet mit einer Architektur, die das Memory als einen großen global adressierbaren Hauptspeicher zu nutzen erlaubt und schnellste Kommunikation in einer Multi-Thread-Computing-Umgebung bietet. Damit drängt sich Altix, gerüstet mit Intel-Itanium2-Prozessoren und der BEA JRockit JVM, als eine Java-Anwendungsplattform geradezu auf. Zu allem dem liefert sie auch noch den meisten Wert für jeden investierten Dollar."

"Unternehmen loten intensiv aus, wie sie ihre Server konsolidieren können, und die Möglichkeit des Hochskalierens ist hierbei ein wesentlicher Gesichtspunkt für IT-Manager und IT-Architekten," erklärt Boyd Davis, Intel, General Manager, Server Platforms Group Marketing. "Die beeindruckenden SPECjbb2005-Ergebnisse zeigen: Der Intel-Itanium2-Prozessor-basierte SGI-Altix-Server und BEA JRockit heben die Java-Virtual-Machine-Leistung zuverlässig und kosteneffizient in neue Höhen."

"Test für Test hat JRockit seine Schnelligkeit, Stabilität und Effizienz bewiesen," unterstreicht Guy Churchward, BEA Systems, General Manager der Java Runtime Products Group. "Diese jüngsten SPECjbb2005-Ergebnisse belegen sehr deutlich: Die branchenweit robusteste JVM, getrieben von immens leistungsfähiger, bandbreitenstarker Hardware wie dem SGI-Altix-Server auf Basis der Intel-Itanium2-Prozessoren, kann Unternehmen in idealer Weise helfen, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit, Verwaltbarkeit und Einfachheit auf ein neues Niveau zu führen."

Altix-Systeme sind verfügbar als EntryLevel-Blades oder Cluster, als Midrange-Systeme oder kompakt konfigurierte Hochleistungsserver. Die Systeme basieren auf SGIs einzigartiger Shared-Memory-Architektur, die es erlaubt, selbst große Datenbanken komplett im Hauptspeicher zu halten, so dass schneller Datenzugriff für eine optimale Anwendungsleistung möglich wird.

Der Benchmark SPECjbb2005 beaufschlagt das zu testende System mit einer Last, wie man sie bei einer Auftragsabwicklungsanwendung für Großhändler findet; der Test verschafft einen Einblick, wie leistungsfähig und skalierbar ein Server (sei es ein Backend-Server oder ein Mid-Tier-Server, der auf mittlerer Hierarchiestufe arbeitet) für Java-Enterprise-Anwendungen ist. Die vollständigen SPECjbb2005-Resultate stehen unter www.spec.org/....