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Organizational Guidelines

Präambel

Die Einrichtung des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart soll es Wissenschaft und Forschung ermöglichen, Höchstleistungsrechner auf dem jeweils neuesten Stand der Technologie einzusetzen. Es wird erwartet, dass damit die deutsche Wissenschaft und insbesondere auch die angewandte Forschung dort, wo sie Höchstrechnerleistung benötigt, eine internationale Spitzenstellung erhalten bzw. erringen kann. Die Rechner sind deshalb sehr großen Rechenproblemen vorbehalten, die auf üblichen Universitätsrechnern nicht ausgeführt werden können. Der Zugang erfolgt aufgrund eines Projektantrags kostenfrei. Zur Erzielung von Synergien bei Beschaffung, Nutzung und Betrieb werden die Rechner des HLRS in einer Betriebsgesellschaft mbH zusammen mit den Firmen debis Systemhaus GmbH und Porsche AG betrieben. Im Gesellschaftsvertrag ist vereinbart, dass gegebenenfalls weitere Gesellschafter hinzukommen können. (Der Ministerrat des Landes Baden-Württemberg hat in seiner Sitzung am 13. Dezember 1994 beschlossen, dass unter der Voraussetzung der Förderung nach dem HBFG in einer zweiten Ausbaustufe auch ein von der Universität Karlsruhe zu beschaffender Rechner in die Kooperation eingebracht wird, und damit die Universität Karlsruhe Mitgesellschafter wird.) Dadurch sollen sowohl die Rechnerkapazität als auch die Qualität der zur Verfügung gestellten Leistung erhöht werden. Die geplante Betriebsform ist für die HBFG-Finanzierung unschädlich. Das Land garantiert, dass grundsätzlich 100 % der im Rahmen des HBFG finanzierten Ressourcen den Hochschulen wieder zur Verfügung gestellt werden. 50 % dieser Kapazität sind dabei für die Hochschulnutzer anderer Bundesländer vorgesehen. Die Beteiligung der Nutzer am Höchstleistungsrechenzentrum wird durch einen Lenkungsausschuss gewährleistet. Der Lenkungsausschuss bestimmt das Anwendungsprofil, vergibt Rechenkontingente an Nutzer und wirkt unter anderem bei Ausbau und Festlegung der Betriebsformen mit. Für eine effiziente bundesweite Nutzung der Höchstleistungsrechner ist ein leistungsfähiger breitbandiger Ausbau des deutschen Wissenschaftsnetzes unbedingt erforderlich.

1. Organisation

Für die Funktionsfähigkeit des HLRS werden folgende organisatorische Einheiten gebildet:

  • Betriebsgesellschaft
  • Höchstleistungsservicezentrum im Regionalen Rechenzentrum der Universität Stuttgart (RUS)
  • Lenkungsausschuss
  • Kompetenzzentren.

1.1 Betriebsgesellschaft

Das Land Baden-Württemberg, die Universität Stuttgart, die Porsche AG und die debis Systemhaus GmbH haben eine gemeinsame Gesellschaft zum Betrieb von Hochleistungsrechnern gegründet. Industrie und öffentlicher Bereich sind mit gleichen Anteilen vertreten.

Ziel des gemeinsamen Betriebs mit Anlagen der Industrie ist die Erreichung von Synergieeffekten bei Beschaffung, Nutzung und Betrieb.

Hierbei werden den Gesellschaftern Rechnerleistungen zur Verfügung gestellt, welche von der Universität Stuttgart an Kunden aus der öffentlichen Forschung und von der debis Systemhaus GmbH an die Kunden aus allen anderen Bereichen vertrieben sowie von Porsche ausschließlich zur Deckung des internen Bedarfs genutzt werden. Die nach dem Hochschulbauförderungsgesetz (HBFG) geförderten Höchstleistungsrechner werden vom Land erworben und im Rahmen noch abzuschließender Mietverträge zu Marktkonditionen an die Gesellschaft vermietet. Durch die erzielbaren Synergieeffekte soll dem Forschungsbereich mehr und qualitativ bessere Rechenleistung zur Verfügung gestellt werden.

Rechnerkapazitäten, die zusätzlich zu den mit den HBFG-geförderten Rechnern verfügbaren Kapazitäten benötigt werden, werden von der Gesellschaft direkt beschafft. Die Gesellschaft wird dem Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart die Rechnerleistungen zu Selbstkosten zur Verfügung stellen.

1.2 Aufgaben des Höchstleistungsrechenzentrums - HLRS

Das HLRS kauft von der Betriebsgesellschaft Rechenzeit und gibt sie zu den vom Lenkungsausschuss festgesetzten Konditionen und Kontingenten an die Nutzer aus Wissenschaft und Forschung weiter.

Dabei übernimmt das HLRS die folgenden Aufgaben:

  • Vorschlag für Benutzungsordnung und Betriebsform,
  • Vorschlag für Erweiterungen und Nachfolgebeschaffungen,
  • Benutzerverwaltung,
  • Ressourcenverwaltung,
  • Beratung der Benutzer über die Nutzung der Anlagen und der zur Verfügung gestellten Software,
  • Aufstellung und Pflege eines Informationssystems,
  • Bereitstellung und Betrieb von überregionalen und lokalen Netzanschlüssen,
  • Betriebssystemaufgaben wie verteiltes Filesystem, Backup und Archivierung,
  • Bereitstellung von Programmierumgebungen,
  • Bereitstellung von Methoden und Werkzeugen für Höchstleistungsrechner und Anwendungssoftware,
  • Partnerschaft bei der Durchführung wissenschaftlicher Projekte,
  • Erstellung eines jährlichen Rechenschaftsberichts an den Lenkungsausschuss.

1.3 Lenkungsausschuss

Der Lenkungsausschuss begleitet und berät die Arbeit des Höchstleistungsrechenzentrums, insbesondere übernimmt er die folgenden Aufgaben:

  • Bestimmung des Anwendungsprofils,
  • Aufstellung von Regeln für die Vergabe von Rechenkapazität,
  • Entscheidung über Projektanträge und Vergabe der Rechenkapazität,
  • Mitwirkung bei der Hard- und Softwareauswahl,
  • Billigung der Abrechnungsformalismen,
  • Mitwirkung bei der Festlegung von Betriebsformen zur Abdeckung des Anwenderprofils
  • Mitwirkung bei der Erstellung der Nutzungs- und Betriebsordnung,
  • Stellungnahme zum Rechenschaftsbericht des Höchstleistungsrechenzentrums,
  • Anhörung der Kompetenzzentren mindestens einmal im Jahr.

Der Lenkungsausschuss kann zur Unterstützung seiner Aufgaben Unterausschüsse bilden, denen auch Nichtmitglieder angehören können. Der Lenkungsausschuss setzt sich aus 12 Mitgliedern zusammen: Sechs werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, sechs von der Landesrektorenkonferenz benannt. Die Mitglieder werden vom Ministerium für Wissenschaft und Forschung auf vier Jahre berufen; eine Abberufung aus wichtigem Grund ist möglich. Bei der Berufung der Mitglieder ist darauf zu achten, dass mehrheitlich Nutzervertreter benannt werden. Je ein Vertreter des Ministeriums für Wissenschaft und Forschung Baden-Württemberg und der Betriebsgesellschaft nehmen an den Sitzungen des Lenkungsausschusses beratend teil. Soweit der Leiter des Höchstleistungsrechenzentrums nicht als ordentliches Mitglied benannt wird, ist er beratendes Mitglied.Der Lenkungsausschuss wird beim Ministerium für Wissenschaft und Forschung Baden-Württemberg eingerichtet. Die Aufgaben der Geschäftsstelle übernimmt das HLRS der Universität Stuttgart. Der Lenkungsausschuss gibt sich eine Geschäftsordnung und tagt mindestens einmal jährlich.

1.4 Kompetenzzentren

Kompetenzzentren sind wissenschaftliche Verbünde aus Universitätsinstituten, Forschungseinrichtungen des Bundes und der Länder sowie industriellen Labors. Bedingung für die Mitgliedschaft sind Erfahrungen und Aktivitäten auf dem Gebiet des Höchstleistungsrechnens.

Kompetenzzentren unterstützen die Anwender des HLRS bei der Lösung ihrer Probleme; insbesondere kann über die Kompetenzzentren das anwendungsspezifische Know-how der Forschungsinstitute direkt für die Beratung der Anwender aus den entsprechenden Fachgebieten nutzbar gemacht werden. Damit sichern die Kompetenzzentren eine Beteiligung aller Interessenten an der Arbeit des Höchstleistungsrechenzentrums.

Der Kontakt und die Zusammenarbeit mit Kompetenzzentren in allen Bundesländern wird angestrebt.

Das HLRS übernimmt eine Vermittlungs- und Informationsfunktion zu den Kompetenzzentren.

2. Nutzung und Betrieb

2.1 Abgabe der Ressourcen

Die Rechenanlagen des HLRS werden von einer Betriebs-GmbH zusammen mit Höchstleistungsrechnern aus der Industrie betrieben. Daraus ergeben sich Synergieeffekte bei Beschaffung, Nutzung und Betrieb. Neben wirtschaftlichen Einsparungseffekten wird angestrebt, durch von der Industrie finanzierten Rechnerausbau bzw. zusätzlicher Rechner den wissenschaftlichen Nutzern größere Leistungskomplexe und eine größere Rechnerauswahl verfügbar zu machen. Es sollte dadurch möglich sein, für Forschung und Industrie auch im internationalen Vergleich konkurrenzfähige Anwendungen im Bereich des Höchstleistungsrechnens durchzuführen.

Durch heterogene Nutzungsanforderungen ergeben sich jedoch auch konkurrierende Anforderungsprofile, die durch geeignete Betriebsformen und Ressourcenabrechnungen gelöst werden müssen.

Oberstes Betriebsziel ist dabei, dass die durch HBFG finanzierten Ressourcen (In der ersten Ausbaustufe wird der Bund 92 % der Beschaffungskosten mitfinanzieren, somit entsprechen die HBFG-Ressourcen 92 % der insgesamt verfügbaren Kapazität.) während der Nutzungszeit der HBFG-Anlagen an den Wissenschaftsbereich zurückfließen müssen.Dabei ist das vom Lenkungsausschuss festgelegte Anwendungsprofil zugrunde zu legen. Auf Seite der Betriebsgesellschaft wird dies durch finanzielle Bewertung der Ressourcen und Abgabe zum Selbstkostenpreis geschehen.

2.2 Verteilung der Ressourcen

Nutzungskontingente werden vom Lenkungsausschuss auf Antrag vergeben. Der Lenkungsausschuss erlässt dazu Richtlinien. Für Test- und Einführungszwecke können dem Rechenzentrum (HLRS) Ressourcen überlassen werden.


Die Nutzung ist ausschließlich großen Anwendungen vorbehalten, die auf anderen Rechenanlagen nicht durchgeführt werden können.

Der Lenkungsausschuss berücksichtigt bei der Vergabe von Rechenzeitkontingenten die Anteile des Landes Baden-Württemberg. In einer ersten Ausbaustufe werden die Rechenzeitanteile wie folgt verteilt:

  • 46 % der Gesamtkapazität sind für Hochschulnutzer aus der gesamten Bundesrepublik reserviert,
  • 28 % der Gesamtkapazität werden Hochschulnutzern aus Baden-Württemberg vorgehalten,
  • 18 % der Gesamtkapazität sind für den lokalen Bedarf der Universität Stuttgart vorgesehen,
  • 8 % der Gesamtkapazität werden gegen Vollkostenersatz Dritten zur Verfügung gestellt.

2.3 Vergabe von Kontingenten

Das Rechenzentrum führt eine vom Lenkungsausschuss zu billigende Bewertung aller für den Rechenlauf spezifischen Parameter durch, dies sind unter anderen:

  • Rechenzeit
  • Speicheranforderung
  • I/O-Bedarf
  • externer Speicherbedarf
  • Prioritäten
  • Effizienz.

Diese Bewertungskriterien sind für jeden Rechnertyp spezifisch. Kontingente für Nutzer werden vom Lenkungsausschuss aufgrund dieser Bewertungsformeln vergeben.

2.4 Entgeltberechnung

Für die Nutzung der Rechnerressourcen des HLRS gelten folgende Bestimmungen:

  1. Für Anträge von Mitgliedern der staatlich finanzierten Hochschulen in der Bundesrepublik ist die Nutzung im Rahmen ihrer Dienstaufgaben entgeltfrei, soweit nicht besondere Kosten (z.B. Softwarelizenzgebühren, Plotter, Filme) verursacht werden.
  2. Für Mitglieder anderer Einrichtungen und für Anträge im Rahmen von Nebentätigkeiten ist ein Vollkostenersatz vorgesehen.

Die Inanspruchnahme der Ressourcen des HLRS wird in einer gesonderten Verwaltungs- und Benutzungsordnung geregelt. Für die Inanspruchnahme der Ressourcen des Universitätsrechenzentrums gilt weiterhin die Verwaltungs- und Benutzungsordnung des Rechenzentrums der Universität Stuttgart (RUS).

2.5 Zugang zum HLRS

Dem Netzzugang zum HLRS kommt für die Anwendbarkeit der Rechenanlagen entscheidende Bedeutung zu. Die heute im Wissenschaftsnetz der BRD verfügbaren Kapazitäten reichen dabei bei weitem nicht aus. Für die Nutzbarkeit des HLRS ist deshalb ein weiterer Ausbau des Wissenschaftsnetzes von entscheidender Bedeutung.


Die Netzversorgung der Universitäten ist in der Bundesrepublik noch sehr uneinheitlich. Mit Beginn der Nutzung wird es Anschlussmöglichkeiten von 64Kbit/s, 34Mbit/s DATEX-M und 155 Mbit/s ATM geben. Das HLRS wird diese Anschlussmöglichkeiten vorhalten und Benutzer bei der Einrichtung von Zugangsmöglichkeiten beraten.

Für die Sicherstellung des Zugangs zum HLRS ist eine Abstimmung der nationalen und regionalen Netzinfrastrukturen dringend erforderlich.

Die Anbindung der Höchstleistungsrechner an das lokale Netz wird mit den jeweils schnellsten verfügbaren Technologien erfolgen.

2.6 Standards

Auch im Höchstleistungsrechnen sind Standards, die ein problemloses Zusammenspiel der Rechner der Nutzer und des HLRS ermöglichen, notwendig. Das HLRS übernimmt dabei die strategische Rolle, rechtzeitig Standards einzufahren und durch Verbreitung unter seinen Nutzern zu fördern.

2.7 Betriebsformen

Das HLRS hat die Aufgabe, durch fortschrittliche Betriebsformen neue Möglichkeiten des Höchstleistungsrechnens zu schaffen. Anderseits müssen die Betriebsformen eine optimale Nutzung der Ressourcen gewährleisten. Dabei muss die Nutzung der vollen Ressourcen durch eine Anwendung möglich sein, ohne dass sie von anderen konkurrierenden Anwendungen gestört wird. Außerdem müssen die verschiedensten Formen des verteilten Rechnens ermöglicht werden, um komplexe Anwendungssysteme realisieren zu können.

Es sind deshalb die folgenden Betriebsweisen vorgesehen:

  • Batchanwendungen im Rahmen eines verteilten Queue-Konzeptes (derzeit NQS) unter Einbeziehung von Nutzerarbeitsplätzen.
  • Interaktivbetrieb zur einfachen Ablaufkontrolle und Programmentwicklung (CompileTest-Debug) von speziellen Supercomputeranwendungen. Durchführung von Funktionstests zur Verifikation von Eingabedaten. Steuerung von verteilten Online Simulationen mit zeitgleicher Kontrolle des Simulationsablaufs (manuelle Eingriffe) wie sie schwerpunktmäßig in ingenieur- und naturwissenschaftlichen Anwendungen erforderlich sind.
  • Verteilte Anwendungen zwischen den Hochleistungsrechnern und Arbeitsplatzrechnern unter Nutzung von standardisierten Verfahren (PVM, RPC, Sockets etc.), bei denen z.B. die numerisch intensiven Berechnungen auf den Hochleistungsrechnern, die graphische Darstellung aber am Arbeitsplatz des Nutzers erfolgen soll.
  • Hybrides Rechnen zwischen Vektorrechner und MPP im Rahmen einer simultan laufenden Simulation (Multidisciplinary Design).
  • Kooperatives Arbeiten, bei dem mehrere Wissenschaftler über das Netz verbunden gleichzeitig an einem Problem arbeiten.

2.8 Sicherheit

Der Zugang zu den Hochleistungsrechnern erfolgt in der Regel über weltweit offene Netze. Durch interne Sicherheitsmaßnahmen ist ein hohes Maß an Sicherheit zu gewährleisten. Es sollten deshalb alle sicherheitsrelevanten Techniken der betreffenden Hersteller (z.B. Multilevel Security) implementiert werden. Des weiteren wird eine Absicherung gegenüber dem Netz erforderlich. Unter Umständen können Betriebsformen ab einer gewissen Sicherheitsstufe nicht ständig zur Verfügung gestellt werden.

2.9 Anwenderunterstützung

2.9.1 Informationsdienste und Benutzerberatung

Das HLRS bietet im Rahmen seiner Informationsdienste vielfältige Beratungsangebote.

Folgende Medien stehen zur Akquisition, Distribution und Präsentation von Informationen bereit:

  • Berichte und periodische Publikationen, z.B. "Benutzerinformation" (BI) - personengestützte Benutzerberatung durch 'Helpdesk' und die Fachabteilungen
  • Informations- und Softwareserver (WWW-Server, ftp-Server)
  • Kommunikationsdienste wie "News"
  • Weiterbildung und Präsentationen.

2.9.2 Unterstützung für Software-Entwickler

Das HLRS stellt seinen Benutzern Know-how im Bereich der Optimierung und Parallelisierung zur Verfügung. Dies umfasst auch Hilfe bei der Umstellung von Programmsystemen auf die Anlagen des HLRS. Tools zur Fehler-, Laufzeit- und Effizienzanalyse werden entwickelt bzw. bereitgestellt. Besonderes Gewicht liegt auf der Auswahl und kritischen Untersuchung von für Höchstleistungsrechner geeigneten Algorithmen und ihrer Programmierung.

Das HLRS wird andere Rechenzentren dabei unterstützen, auch lokal entsprechende Kompetenz aufzubauen.

2.9.3 Softwarepakete und Lizenzen

Anwenderunterstützung des HLRS umfasst in Kooperation mit den Kompetenzzentren den gesamten Problemlösungszyklus. Ausgehend von fachspezifischer Beratung und Problemanalyse werden Lösungsstrategien erarbeitet. Modellerstellung wird ebenso unterstützt wie Auswahl entsprechender Programmsysteme und Pre- und Postprocessing.

Bei der Softwareauswahl muss das vom Lenkungsausschuss festgelegte Anwendungsprofil berücksichtigt werden. Der Bedarf und Einsatz bestimmter Anwendersoftware muss vor Projektbeginn mit dem HLRS abgestimmt werden.

Bei der Empfehlung der Softwarepakete wird darauf geachtet, dass sie für Höchstleistungsrechner geeignet sind und die vorhandenen Supercomputerressourcen, insbesondere inbezug auf CPU-und Hauptspeicherbedarf optimal genutzt werden, d.h. auch entsprechend optimierte, vektorisierte und/oder parallelisierte Programmversionen zum Einsatz gelangen.

Die Bedingungen lizenzpflichtiger Software werden mit den Herstellern eingehend verhandelt, um den Anwendern günstige Konditionen anbieten zu können.

2.9.4 Visualisierung

Der Visualisierung von Berechnungsergebnissen dient eine breite Palette von Services. Diese reichen von der interaktiven Auswertung mit Hilfe verschiedener Pakete auf Workstations mit schneller Netzanbindung an Höchstleistungsrechner bis zur Produktion von Videofilmen mit Animation zeitabhängiger Simulationen. Die Nutzung von Geräten zur Visualisierung unterliegt der Verwaltungs- und Benutzungsordnung des Universitätsrechenzentrums (RUS). Kooperatives Arbeiten wird unterstützt und weiterentwickelt.