Mit der neuen Altix-Produktfamilie will SGI (Silicon Graphics) den Multi-Prozessor-Systemen unter Linux einen neuen Schub verleihen. Wir sprachen mit SGI-Principal Engineer Rüdiger Wolff über die neue Hardware, ihre technische Konzeption und die Anwendungsperspektiven, die sich aus dem neuen Produktportfolio ergeben.

Linux Enterprise: Was sind die wichtigsten Eckdaten der neuen Altix 3000-Systeme?
Rüdiger Wolff: Es ist ein skalierbares Linux-Supercluster für High-Performance-Computing (HPC) - mit derzeit bis zu 512 Prozessoren, wobei in einem einzelnen Knoten bis zu 64 CPUs in einer Single-System-Image-Konfiguration zusammenarbeiten können. Altix 3000 ist in Speicherausbau und Prozessoranzahl hochgradig skalierbar - von vier Prozessoren mit einem GB Hauptspeicher bis hin zu 512 Prozessoren mit 4.000 GB Hauptspeicher.

LE: Für welche Einsatzgebiete sind die Server- und die Cluster-Systeme gedacht?
Wolff: SGI wendet sich primär an die technisch-wissenschaftlichen Märkte. Das sind numerische HPC-Anwendungen aus dem Bereich Strömungsmechanik, Strukturanalyse, Quantenchemie, Bioinformatik und dergleichen.

LE: Wie unterscheiden sich die Altix-Supercluster-Systeme von herkömmlichen Cluster-Umgebungen?
Wolff: SGI unterscheidet sich von herkömmlichen Clustern erstens durch die Mächtigkeit, Leistungsfähigkeit und die Einsatzflexibilität des einzelnen Knotens (Anzahl der Prozessoren und Größe des Speichers), zweitens durch den Interkonnekt zwischen den Knoten. Der NUMAlink-Interconnect, unsere architektonische Hochleistungsverbindung, mit der wir die schnelle Inter-Komponenten-Kommunikation innerhalb der Knoten realisieren, sorgt gleichermaßen dafür, dass auch die Kommunikation zwischen den Knoten des Clusters hocheffizient, mit niedriger Latenz und mit hoher Bandbreite abläuft.

LE: Wie funktioniert die Global Shared Memory-Technologie, die Sie in den Clustern einsetzen, und was ist das besondere daran?
Wolff: Die Global Shared Memory-Technologie erlaubt, den Adressbereich eines jeden Clusterknotens in den Adressbereich eines jeden anderen Knotens gleichzeitig abzubilden. Globales Shared-Memory steht übergreifend zur Verfügung, über die Knoten (Partitionen) hinweg. Auf dieses Cross-Partition-Memory können alle im System vorhandenen Prozessoren direkt mit Loads und Stores zugreifen. Somit steht ihnen zur Bearbei-tung der heute immer umfangreicheren Applikationen ein direkt addressierbarer Haupstspeicher von der enormen Größe von vier TeraByte (TB) zur Verfügung. Das heißt, mit den 512 GB innerhalb eines Knotens ist bei SGI das Shared Memory-Computing nicht zu Ende. SGI Altix bietet einen Hauptspeicher-Zugriff in Shared Memory-Qualität in System-weitem Umfang.

LE: Sie haben für die neue Produktlinie die NUMAflex- und die NUMAlink-Architektur adaptiert. Welche Technologien wurden hier übernommen und welche Resultate erzielen Sie damit?
Wolff: Bei der Entwicklung der Altix-Rechner wollte man möglichst viel Technologie aus der erfolgreichen Origin 3000-Serie übernehmen. Aus diesem Grunde wurde die NUMAflex-Architektur in leicht modifizierter Weise adaptiert. Bei der Origin3000-Architektur steht für eine Gruppe von vier Prozessoren ein Anschluss an den NUMAlink-Interkonnekt zur Verfügung. Um der höheren Leistungsfähigkeit der Itanium 2-Prozessoren gerecht zu werden, hat SGI jetzt zwei Netzwerkebenen geschaffen, die ein unabhängiges Übermitteln von Nachrichten über die beiden Netzwerkebenen erlauben. Bei der Altix-Serie stehen also einer 4-Prozessor-Gruppe jeweils zwei Anschlüsse an den NUMAlink zur Verfügung. Damit ist die Bandbreite pro Prozessor gegenüber der Origin 3000 verdoppelt. Router und Verbindungskabel sind identisch.

LE: Inwieweit reichen die Altix-Supercluster an die Leistungsfähigkeit von Supercomputern heran?
Wolff: Die Altix-Supercluster setzen für HPC oder Supercomputing neue Maßstäbe der Leistungsfähigkeit. Hinsichtlich der Bandbreite belegt der Streams-Benchmark, dass Altix Größenordnungen erreicht, die bisher nur traditionellen Vektorrechnern vorbehalten waren. Ebenso werden im Applikationsbereich, bedingt durch die Skalierbarkeit bis zu 64 Prozessoren, neue Leistungsdimensionen aufgezeigt. Dies wird durch den Linpack- und den SPECfprate2000-Benchmark unterlegt.

LE: Für welche Anwendergruppen sind sie konzipiert und wie gestaltet sich das Preis-/Leistungs-Verhältnis im Vergleich zu gängigen Supercomputern?
Wolff: Die Altix 3000-Systeme adressieren zunächst die technisch-wissenschaftlichen Märkte. Durch den Einsatz von Standard-Prozessoren (Itanium 2) und Standard-Speicherkomponenten kann SGI auch in puncto Preis/Leistungsverhältnis neue Maßstäbe setzen.

LE: Welche Gründe gibt es Ihrer Meinung nach bisher für die fast schon magische 8-Prozessor-Grenze bei Linux?
Wolff: Linux war traditionell ein Desktop-Betriebssystem und für die Belange eines solchen Systems ausgerichtet. Im Serverumfeld gab es nur zaghaft Vorstöße, um Kernel-Änderungen und andere auf Serverlasten ausgerichtete Funktionalitäten bereitzustellen. Diese Haltung war hinreichend für die gängigen 2- bis 4-Wege-Server. Server mit einer größeren Zahl an Standardprozessoren sind erst in letzter Zeit verfügbar geworden.

LE: Wie hat SGI diese Grenze überwunden?
Wolff: Vom ersten Tag seiner Linux-Aktivitäten an hat sich SGI für die Skalierung auf mittelgroße bis große Prozessorzahlen sowie für die Unterstützung der ccNUMA-Architektur engagiert. Noch in 1999 hat das Unternehmen der Linux-Community einige Kernel-Erweiterungen und Änderungen vorgeschlagen. Die Liste der SGI-Beiträge zum Linuxkernel ist lang. Erwähnt seien an dieser Stelle nur die Punkte ccNUMA-Support und Memory-Management, Process-Pinning und asynchroner IO.

LE. Und wie sehen die Benchmarks aus?
Wolff: SGI kann die sehr gute Skalierung anhand von OpenMP-Anwendungen, MPI-Anwendungen und Durchsatzbenchmarks wie SPECfprate aufzeigen.

LE: Sie liefern die Altix-Maschinen mit Red Hat Linux bzw. mit einer von SGI getunten Linux-Variante aus. Welche Anpassungen nehmen Sie dabei vor?
Wolff: Das Linux-Betriebssystem für die Altix-Systeme ist ein Standard Red Hat-Kernel. SGI-spezifische Erweiterungen nutzen dokumentierte Kernel-Schnittstellen, die jeder interessierten Partei zugänglich sind. Die SGI-spezifischen Erweiterungen werden entweder als Applikationen oder als Kernel-Modules geladen.

LE: Sind diese Anpassungen frei verfügbar?
Wolff: Einige Schnittstellen erfordern, dass eigenständige Teile fest in den Kernel integriert sind - und somit sind diese offen. Hierzu gehört asynchroner IO, CPUMEMSets, XFS Filesystem, XSCSI Devicetreiber.

LE: Zur neuen Hardware hat SGI auch verschiedene neue Software-Komponenten angekündigt. Was können die Anwender hiervon erwarten?
Wolff: SGIs neue Altix-Serie positioniert sich am Markt mit der ganz klaren Differenzierung: Der Kunde erhält unter Linux ein HPC-System, das ihm erstmals echte Supercomputing-Eigenschaften bietet -wobei er, ganz wichtig, seine Ressource bei hoher Produktivität und bei hoher Einsatzflexibilität nutzen kann. Immer wieder hört und liest man ja, welch vielfältigen und preislich hochattraktiven Möglichkeiten es heute gäbe, sich als Anwender selbst Cluster mit vielen Prozessoren zu einer auf dem Papier leistungsfähigen HPC-Maschine zusammenzustellen. Inzwischen aber wird immer offenkundiger, dass dabei sehr viel betriebszweckfremde Energie hineingesteckt werden muss, dass das Ganze lange Zeit Laborcharakter behält, Installationszeiten von vielen Monaten die Folge sind, und von einer vielfältig nutzbaren HPC-Umgebung am Ende nicht die Rede sein kann. Bei SGI Altix wird High-Productivity und High-Flexibiliy für 64-Bit-Linux wahr. Sofort. Damit die erwähnten architek-tonischen Vorteile für hohe Skalierbarkeit und Global-Shared-Memory ideal, schnell und unkompliziert zum Tragen kommen, bringt SGI mit der Hardware auch eine neue optimierte Linux-Software-Umgebung mit.

LE: Was konkret gehört zu dieser neuen 64-Bit-Linux-Umgebung von SGI?
Wollff: Eine Hauptkomponente der Software-Suite ist SGI ProPack - ein neuer Satz leistungsfähiger Linux-Optimierungen. Er dient der Verbesserung und Erweiterung der Gesamtsystem-Skalierbarkeit, des Daten-Handlings und des Ressourcen-Managements - und bietet dennoch Binärkompatibilität mit bestehenden, auf dem Itanium 2 laufenden 64-Bit-Linux-Applikationen. Des weiteren enthält die Software-Suite diverse SGI-Tools für Filesharing und Datenmigration. Mit ihnen kann der Anwender den Workflow optimieren und große, komplexe Datensätze verwalten. Hard- und Software zusammen ergeben für den Kunden also eine HPC-Plattform, auf der seine Anwendungen bei optimierter Performanz laufen und auf die er seine Jobs auf ideal unkomplizierte Weise auflasten kann, egal wie die Job-Profile und sein Job-Mix gerade aussehen. Theoretische Leistungswerte sind nice to read. Zentral für unsere Kunden sind Produktivität und Flexibilität.

LE: Welchen Stellenwert nimmt die neue Linux-basierte Produktlinie im SGI-Produktportfolio ein?
Wolff: Der Markt des Hochleistungsrechnens unter 64-Bit-Linux spielt in SGIs Business-Modell die Rolle einer neuen tragenden Säule, deren Gewicht schnell wachsen wird. Altix 3000 ergänzt und erweitert das HPC-Plattformportfolio, das SGI bisher in Form der proprietären Mips/Irix-basierten Familie Origin 3000 anbietet, in die Open Source-Welt hinein. Zielmarktsegment ist, wohl gemerkt, nicht traditionelle Cluster oder 32-Bit-Systeme, sondern 64-Bit-HPC für Kunden, die bei höchster Produktivität Probleme von mittlerer Größenordnung bis zu den größten Anforderungen hin lösen wollen. Wie alle großen Anbieter im HPC-Sektor stellt SGI fest, dass sich eine wachsende Zahl von Unix-Kunden daran macht, ihre HPC-Aktivitäten auf Linux zu migieren. Mit der Altix-Linie sieht sich SGI sehr gut aufgestellt.

LE: In welchen Bereichen sind die Irix-Systeme Linux-Lösungen (noch) überlegen?
Wolff: Ungeachtet der wachsenden Bedeutung der Linux-Welt bleibt SGI der Weiterentwicklung der Irix-Mips-Familie klar verpflichtet. Die Serverlinie SGI Origin bietet nach wie vor Eigenschaften, die im Linux-Umfeld zunächst und auf absehbare Zeit noch nicht verfügbar sind. Dazu gehören die Echtzeitfähigkeit des Betriebssystems, eine extrem hohe System-Kompaktheit aufgrund des niedrigen Stromverbrauchs der Mips-Prozessoren sowie eine Vielzahl von Schlüssel-Applikationen, die nur auf Irix verfügbar sind. Ganz zentrale Punkte sind inbesondere die Grafik und das Daten-Management. SGI hat bei vielen großen Kunden ein hervorragendes Standing, weil SGI in der Irix-Mips-Umgebung drei tragende Technologien aus einer Hand anbieten kann: Serverssysteme für HPC, dazu Serversysteme für HPV (High-Performance-Visualisierung), um die Berechnungsergebnisse in produktiver Weise analysieren und bewerten zu können, sowie Storage-Lösungen, um die immer umfangreicheren und komplexeren Daten in einem workflow- und sicherheits-optimierten, hochleistungsfähigen Regime speichern und verwalten zu können. Durch das bloße Einschieben von Grafik-Bausteinen kann man heute aus einem HPC-Server Origin einen HPV-Server Onyx machen, wobei SGI als einziges Unternehmen echte skalierbare Grafik anbietet. SGI setzt alles daran, dass skalierbare High End-Grafik auch für die Umgebung des Linux-Kunden bald Realität wird.

LE: Wie sehen Sie die mittelfristigen Entwicklungsperspektiven von Linux im allgemeinen und im Zuge der SGI-Strategie im besonderen?
Wolff: Wir stehen erst am Anfang der Entwicklung von Linux als produktionsfähiges Serversystem. Die Open Source-Community hat zahlreiche Projekte aufgesetzt, um Linux im Einsatz auf Multi-Prozessorsystemen in Produktionsumgebung zu erweitern. SGI wird in diesen Projekten mitwirken und sich darüber hinaus aber speziell auch um die weitere Verbesserung der Skalierung kümmern.

LE: Vielen Dank für das Gespräch.

Unser Gesprächspartner
Rüdiger Wolff, Principal Systems Engineer & Systems Engineer Manager, ist seit 1996 bei SGI im Benchmarking und Consulting für den Bereich HPC-Systeme verantwortlich. Davor war Wolff Systems Engineer bei Cray Research.

Das Unternehmen
SGI (www.sgi.com/) ist weltweit führender Anbieter von Produkten, Lösungen und Services für High-Performance-Computing, dem Management komplexer Daten sowie High Performance-Visualisierung. Mit ihnen schaffen sich technisch und kreativ orientierte Kunden strategische Wettbewerbsvorteile. SGI (auch unter Silicon Graphics Inc. bekannt) feierte 2002 sein 20-jähriges Jubiläum. Hauptsitz ist Mountain View, Kalifornien.