Als die Theorie-Gruppe des Max Planck Instituts für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden im letzten Jahr erfahren musste, dass man gezwungen war, die für die Grundlagenforschung eingesetzte IT-Infrastruktur umzustellen, galt es eine Lösung zu finden, die den hohen Anforderungen gerecht wird. Die vom Institut eingesetzten Rechner liefen mit Prozessoren von Digital-Alpha, doch schon 2001 hat Compaq die Entwicklung der Prozessoren an Intel verkauft. In der Folge wurden dann die Itanium 64 Prozessoren von Intel die Plattform für die Tru64-Maschinen. Als Compaq von Hewlett-Packard übernommen wurde, dauerte es nicht mehr lange, bis auch das ehemalige Digital-Betriebssystem “Tru64 UNIX” nicht mehr weiter entwickelt wurde. Viele Nutzer der einst so leistungsfähigen Maschinen von Digital-Alpha stehen seither also plötzlich nicht nur vor der Aufgabe, neue Prozessoren, sondern auch ein komplett neues UNIX-System nutzen zu müssen - wenn sie die vorhandenen Rechner aktualisieren möchten.

Das Portieren auf dem Xserve war nicht nur einfacher, sondern auch deutlich schneller. Wir haben nicht einmal einen Tag benötigt und mussten kaum Änderungen vornehmen. … Ganz allgemein ist das Betriebssystem von Apple einfach die bessere Wahl für uns.

Auf der Suche nach Alternativen zum System von Hewlett-Packard wurde das Max Planck Institut in Dresden auf die von Apple angebotenen Lösungen aufmerksam. Im Mai 2004 stellte Apple dem Institut einen Power Mac G5 zur Verfügung, damit die Eignung und die Leistungsfähigkeit der G5-Prozessoren sowie des UNIX-Betriebssystems unter Arbeitsbedingungen getestet werden konnte. Schnell zeigte sich, dass die Portierung der auf Tru64 Unix entwickelten Software auf Mac OS X einfach war. Einfacher als die Umstellung auf Lösungen anderer Anbieter. Auch mit der Performance des G5-Prozessors war Dr. Burkhard Schmidt, Mitarbeiter der Theorie-Gruppe und EDV-Verantwortlicher für den Fachbereich Physik des Max Planck Instituts für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden äusserst zufrieden. Im September 2004 wurden zunächst ein Xserve G5 mit Dual-Prozessor, 5 Xserve Cluster Nodes und ein Xserve Raid für den Aufbau eines Clusters bestellt, bereits zwei Monate später folgten weitere 13 Xserve Cluster Nodes. Insgesamt stehen dem Institut nun 19 Xserve G5 für die aufwändige Grundlagenforschung zur Seite. Jedes Cluster Node ist mit jeweils zwei 64 Bit PowerPC G5 Prozessoren mit 2GHz und 6,5 GB RAM ausgestattet. Der so genannte Head verteilt die Rechenaufgaben automatisch auf die einzelnen Cluster Nodes, in denen sich je eine 250 Gigabyte große Festplatte befindet.

Seit einiger Zeit kommen nun auch an den Arbeitsplätzen, die auf den Xserve Cluster zugreifen, Rechner von Apple zum Einsatz. Für den Einsatz als Eingabeterminal ist der Mac mini mit einem angeschlossenen 23” Apple Cinema-Display wie geschaffen. Obwohl der Mac mini ein eigenständiger Computer mit allem was dazu gehört ist, ist er günstiger als eine reine Terminal-Lösung anderer Anbieter. Und dank der geringen Maße findet er überall Platz.

Q: Was wird am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe gemacht und wie hilft der Apple Cluster dabei?

Burkhard Schmidt (BS): Unser Institut ist derzeit in drei Abteilungen aufgeteilt und befasst sich mit der Festkörper-Forschung. Die physikalische Abteilung, in der ich arbeite, beschäftigt sich mit stark korrelierten Elektronensystemen. Im Klartext heisst das, dass wir uns unter anderem mit den Eigenschaften von Übergangsmetallen und seltenen Erden auseinandersetzen, die erst bei sehr sehr tiefen Temperaturen auftreten, dann aber umso ungewöhnlicher sind. Ein Stichwort ist hier beispielsweise die Koexistenz von Supraleitung und Magnetismus.

Hier am Institut arbeiten etwa 100 Wissenschaftler an Experimenten bzgl. der Grundlagenforschung. Auf Seiten der Theorie versuchen wir eine Vorstellung davon zu bekommen, wie mikroskopisch bestimmte Effekte zu Stande kommen, die in der Praxis erforscht wurden. Theoretische Physik bedeutet immer auch Numerik und bei der Berechnung von komplexen Gleichungen mit sehr vielen Parametern hilft uns der Cluster mit seiner enormen Rechenleistung.

Q: Je schneller also der Cluster arbeitet, desto exakter können Sie damit Gleichungen berechnen?

BS: Richtig, die so genannte Schrödinger-Gleichung, mit der wir arbeiten, ist eigentlich unlösbar. Doch mit Hilfe des Clusters können wir mehr Parameter in die Berechnung mit einbeziehen und so genannte Hamilton-Matrizen diagonalisieren. Mit Hilfe des Cluster können wir also viel schneller genauere Ergebnisse erzielen als bislang. So ein Rechenjob dauert zwischen mehreren Stunden und einem Monat. Aber selbst beliebig große Rechner wären ungeeignet, unendlich große Systeme zu berechnen.

Q: Wie sind Sie auf Apple als Anbieter von Cluster-Lösungen gekommen?

BS: Wir wurden dem Hersteller unseres bisherigen Clusters schlicht im Regen stehen gelassen. Nachdem Hewlett-Packard und Compaq fusioniert sind, setzt HP als Ersatz für die Alpha-Maschinen auf die Intel Itanium Prozessoren. Die sind für unsere Einsatzzwecke aber viel zu langsam und noch viel schlimmer ist, dass auch das Betriebssystem Tru64 UNIX nicht mehr nutzbar war.

Wir waren also gezwungen, uns neu zu orientieren. Denn das, was HP als Migration bezeichnet, bedeutet letztlich den Umstieg auf ein neues System. Mitte letzen Jahres haben wir Vergleichstests zwischen IBM eServern mit AMD Opteron CPUs und Apples G5-Prozessoren laufen lassen. In unserem Test haben wir ermittelt, wie lange die von uns benötigten Berechnungen mit diesen beiden Systemen dauern und die Ergebnisse auch mit den Zeiten der bislang eingesetzten Maschinen verglichen. In der Gesamtleistung lagen die Systeme von IBM und Apple nahe beieinander.

Q: Was hat letztlich den Ausschlag für den Xserve Cluster von Apple gegeben.

BS: Beim Portieren der von uns eingesetzten Programme gab es einen großen Unterschied zwischen den beiden Systemen. Auf dem Xserve war es nicht nur einfacher, sondern auch deutlich schneller. Wir haben nicht einmal einen Tag benötigt und mussten kaum Änderungen vornehmen. Mit den eServern von IBM mit den Opteron Prozessoren haben wir uns wochenlang wirklich abgemüht und hatten selbst dann noch keine völlig zufrieden stellenden Ergebnisse. Ganz allgemein ist das Betriebssystem von Apple einfach die bessere Wahl für uns. Das von IBM eingesetzte Suse Linux Enterprise macht einen sehr unfertigen Eindruck - so funktioniert beispielsweise das Modul für die Temperatursteuerung nicht und die Lüfter laufen ständig unter Vollast.

Q: Ist die von Apple angebotene Lösung komplett, oder fehlt wichtige Software?

BS: Alle wichtigen Tools, die wir nutzen, werden mit Mac OS X Server mitgeliefert. Die Aqua-Oberfläche nutzen wir nicht, sondern arbeiten mit Darwin. Ausser den IBM XL Fortran und C/C++ Compilern mussten wir nichts nachträglich installieren.

Q: Der Umstieg von dem bisherigen System auf die Lösung von Apple gestaltete sich also einfacher, als wenn Sie bei HP geblieben wären?

BS: Ja, auf jeden Fall. Der Umstieg verlief völlig reibungslos. Ich persönlich musste mich allerdings erst daran gewöhnen, dass es bei Apple für die Konfiguration eine schicke Oberfläche gibt. Allerdings muss man die grafischen Tools ja nicht unbedingt nutzen, doch man kann sich daran gewöhnen.

Nicht zu vernachlässigen ist der Preis. So ein Xserve ist etwa um den Faktor 10 günstiger als eine Doppel-Prozessor Alpha Maschine, die ja immer noch angeboten wird.

Q: Und als Rechner an den Arbeitsplätzen kommen jetzt Mac mini zum Einsatz?

BS: Der reibungslose Einsatz der Xserve führte dazu, dass wir die Mac mini jetzt als Ersatz für unsere bisherigen X-Terminals einsetzen werden. Die eigentliche Rechenleistung, die Krach macht und Hitze erzeugt, steht mit dem Cluster im Keller und im Büro selber brauchen wir eigentlich nur ein Display und eine Tastatur. Die X-Terminals werden nicht mehr ernsthaft weiter entwickelt und sind vor allem von der Grafikleistung so schwach, dass sie nicht mehr eingesetzt werden können. Wir könnten nun mit abgespeckten PCs mit Linux arbeiten, doch um diese auf unsere Bedürfnisse anzupassen fehlt uns einfach die Zeit. Bei den Mac minis ist alles viel einfacher und wir müssen keine Zeit darauf verschwenden, jeden einzeln einzurichten. Wir haben also kaum Administrationsaufwand sowohl bei der Hardware, als auch bei der Software. Wie auch schon beim Cluster ist alles umgehend einsatzfertig und kann von uns direkt genutzt werden. Einziger Schwachpunkt beim Mac mini ist das fehlende Gigabit-Ethernet.

Q: Welche Software setzen Sie auf den Mac mini ein?

BS: Die wichtigste Software ist “Terminal”, Compiler werden lokal keine installiert, da diese auf den Xserve laufen. Für Präsentationen wird Keynote genutzt und ansonsten arbeiten wir mit speziellen Anwendungen wie “Mathematica” für Kalkulationen und “pro Fit” für die Erstellung wissenschaftlicher Grafiken.

Der erfolgreiche Einsatz des Xserve Clusters im Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe zeigt, dass die von Apple angebotenen Lösungen sich auch im wissenschaftlichen Bereich als echte Alternative empfehlen. Denn sie sind leistungsstark, einfach zu administrieren und günstig. Und auch, wenn der Mac mini ursprünglich für eine andere Zielgruppe konzipiert wurde, so gibt es mit ihm inzwischen auch einen günstigen Ersatz für typische Thin Clients, der zudem noch deutlich mehr leisten kann.

 

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