Teilchenforschung CERN setzt auf AMD-Prozessoren

Das Besucherzentrum Globe der europäischen Kernforschungsorganisation CERN.
Das Besucherzentrum Globe der europäischen Kernforschungsorganisation CERN.

Am CERN arbeiten Forscher derzeit an einem Neustart des Large Hadron Collider. Beim Betrieb fallen Datenmengen von bis zu 40 TB pro Sekunde an. Nun kommen erstmals Prozessoren von AMD zum Einsatz.

Wissenschaftler der europäischen Kernforschungsorganisation CERN bereiten den Neustart des Large Hadron Colliders (LHC) im Jahr 2021 vor. Als Hardware-Plattform verwenden sie AMD-Prozessoren. Mit dem LHC führen die Forscher unter anderem das LHCb-Experiment durch. Es ist der Versuch, die möglichen Bedingungen unmittelbar nach dem Urknall zu simulieren und zu verstehen, warum das Universum hauptsächlich aus Materie, nicht aus Anti-Materie, besteht.

Im Teilchenbeschleuniger werden Kollisionsdaten mit einer Rate von 40 TB/s aufgenommen und müssen von der Hardware-Plattform verarbeitet werden. Aufgabe der Hardware ist es, alle ankommenden Informationen zu sichten und die relevanten Ereignisse herauszufiltern. Alle Daten werden über FPGAs auf Servern abgelegt und verarbeitet.

AMD-Prozessoren halten Datendurchsatz konstant

Pro Server verwenden die Forscher im LHCb-Experiment vier Mellanox 200-Gbit-InfiniBand-Adapter. Mit AMDs EPYC-Prozessoren der zweiten Generation erzielten die Wissenschaftler über Tage hinweg einen Datenfluss von mehr als einem Terabit pro Sekunde über die Server. Dies auf einem einzigen Server zu erreichen, anstatt einen Supercomputer zu benötigen – wie es in der Vergangenheit der Fall war – ist ein bedeutender Fortschritt.

AMDs EPYC-7742-Prozessoren mit 64 Kernen ließen die vier Mellanox-Netzwerkkarten in jedem Server ohne Engpässe laufen. Außerdem unterstützen sie bis zu 128 PCI-Express-4.0-Lanes.

Wichtig ist außerdem der gesamte Speicherpool: Die Forscher können die Daten nicht direkt von der FPGA-Karte auf die Netzwerkkarte streamen. Also müssen die Daten in den Hauptspeicher gehen und wieder zurückkommen. LHCb verwendet auf jedem seiner Server 512 GB Speicher. Hierbei erfüllt die Rome-Plattform den Bedarf, da Sie viele Speicherkanäle hat und Unterstützung für eine hohe Bandbreite bietet. Mit bis zu 8 TB DDR4 mit 3.200 MHz liefern die AMD Prozessoren die RAM-Anforderungen und entsprechen somit dem, was der PCI-Express-Bus bereitstellen kann.

Mehr Rechenleistung

»Wir haben nicht die Rechenleistung von Google oder Facebook«, ordnet Niko Neufeld, Projektleier am CERN, die Leistungsfähigkeit ein. Jedoch erlaube die EPYC-CPU die nötige Datenverarbeitung in einem kompakten Systemaufbau. Das war vor zehn bis 15 Jahren noch nicht möglich. »Jetzt gibt es Raum für Wachstum. Mit der EPYC-Technik ist es möglich, unsere Kapazität auf gleichem Raum zu verdoppeln. Für die kommenden Jahre planen wir, die Detektoren und Sensoren zu erhöhen«, erklärt Niko Neufeld weiter.

 

Mit dem Einsatz der CPUs reduziert das CERN die Anzahl der Server um ein Drittel. Das verkürzt die Latenzzeit, wenn die Wissenschaftler ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk aufbauen wollen. Mit einem größeren Netzwerk treten mehr Kollisionsprobleme auf – je kompakter das System ist, desto besser.