Campus-Grid an der Friedrich-Schiller-Universität Jena

Mit der zunehmenden Komplexität wissenschaftlicher Probleme gewinnt die computergestützte Simulation und Analyse in den Bereichen der Wissenschaft und Forschung zunehmend an Bedeutung. Daraus ergeben sich immer größer werdende Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Rechenressourcen, denen mit herkömmlichen Systemen immer weniger Herr zu werden ist.

Der Trend im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens geht verstärkt in Richtung Parallelität. So kommen an der Friedrich-Schiller-Universität bereits zahlreiche Cluster-Systeme und symmetrische Multiprozessoren zur Ermöglichung paralleler Berechnungen zum Einsatz.

Diese Systeme werden i.A. unabhängig von einander betrieben, bieten nur einem relativ kleinen Kreis von Nutzern Zugriff und können gelegentlich auftretenden Spitzenanforderungen nur bedingt gerecht werden.

Ziel ist es, möglichst viele der lokal vorhandenen Systeme zu einem leistungsstarken Grid zusammenzuschließen. Bei einem Grid handelt es sich um eine Infrastruktur, die eine integrierte, gemeinschaftliche Verwendung von meist geographisch auseinander liegenden, autonomen Ressourcen erlaubt. So können neben Rechenleistung z.B. Datenbanken bzw. Speicherplatz, spezielle Software oder wissenschaftliche Geräte gemeinschaftlich genutzt werden.

Auf diese Art und Weise können Spitzenanforderungen besser befriedigt werden, indem die einzelnen Einrichtungen nicht nur Zugriff auf ihre eigenen Ressourcen haben, sondern im Bedarfsfall die Ressourcen anderer Einrichtungen mitnutzen können. Parallel dazu können sie wie gewohnt ihre eigenen Systeme nutzen, die weiterhin ihrer administrativen Domäne unterstehen.

Der Zugriff auf das Grid soll sich dabei für die Nutzer möglichst transparent gestalten und nur unwesentlich von ihrer gewohnten Arbeitsumgebung abweichen. D.h., dass sich der Nutzer nicht mit dem genauen Aufbau und der Funktionsweise des Grids auseinandersetzen muss, wofür ihm zumeist die Zeit und/oder das Interesse fehlen. Zu diesem Zwecke wäre der Einsatz von Portalsoftware, wie Gridsphere denkbar. Damit ist es möglich, einfache Benutzeroberflächen für das Grid zu gestalten, die über einen herkömmlichen Web Browser bedient werden können. Als erste Anwendungen für den produktiven Einsatz sind numerische und statistische Berechnungen, sowie Simulation von Hardware und Schaltkreisen vorgesehen.

Neben einer besseren Versorgung von Forschungs- und Lehreinrichtungen (Schwerpunkt in der Mathematik und den Natur- und Ingenieurwissenschaften) mit Rechentechnologie liefert der Aufbau und Betrieb eines Campus-Grids für die FSU Jena dem Institut für Informatik einen  interessanten Forschungsgegenstand. Die Gridtechnologie ist eine relativ junge Technologie, die in ihrer Komplexität  eine Reihe von Problemen aufwirft, die zum Teil noch nicht hinreichend gelöst werden konnten oder für die zumindest keine einheitlichen standardisierten Lösungen existieren.

Es gilt, geeignete Werkzeuge und Lösungsansätze zu finden bzw. zu entwickeln, die den eigenen Gegebenheiten und Anforderungen (insbesondere hinsichtlich Robustheit, Sicherheit, Effizienz, administrativem Aufwand und Nutzerfreundlichkeit) gerecht werden.

Das Campus-Grid ist ein wesentlicher Bestandteil des Standortes Jena auf dem Gebiet des High Performance Computing (HPC).

Als Ausgangspunkt für den Aufbau und Betrieb eines Campus-Grids wurde bereits ein Fakultäts-Grid, bestehend aus Ressourcen der Fakultät für Mathematik und Informatik, eingerichtet. Somit wurden am Institut für Informatik bereits Kompetenzen im Bereich der Gridtechnologie aufgebaut und Erfahrungen gesammelt. Dieses Fakultäts-Grid fungiert als eine Art Keimzelle, von dem ausgehend durch sukzessive Erweiterung das gesamte Campus-Grid aufgebaut wird.

Als Middleware, sozusagen gemeinsame Schnittstelle im Grid, dient das Globus Toolkit, welches einen de-facto Standard darstellt. Mit Hilfe von Gridsphere und Grid Portlets wurden bereits erfolgreich erste Portlets zum Zugriff auf die Dienste des Grids entwickelt.

Zum jetzigen Zeitpunkt besteht das Fakultäts-Grid aus den Rechnern des Solaris- und Linux-Pools der Fakultät, dem Forschungs- und Lehr-Cluster des Lehrstuhls für Rechnerarchitektur (JETI-CL), sowie weiteren Rechnern der Arbeitsgruppe für Biosignalanalyse. Damit umfasst es gegenwärtig ca. 70 Rechenknoten. Als Hauptknoten des Grids fungiert derzeit der Rechner grid.inf-ra.uni-jena.de.

Als nächste Ausbaustufe soll das Grid um eine SMP-Maschine der Mathematik, weiteren Systemen aus der Computerlinguistik, der Nachwuchsgruppe Photonik und Psychologie, sowie dem leistungs­starken Omega-Cluster des Jenaer Universitätsrechenzentrums erweitert werden.

Derzeit wird diskutiert, ein thürigenweites Grid (ThüGrid) aufzubauen, in dem das Jenaer Campus-Grid neben Ressourcen der TU Ilmenau und der Bauhaus-Universität Weimar ein Teil ist.

Ein solches ThüGrid ist mittel- bis langfristig auch als Angebot für die Thüringer Wirtschaft zu sehen.