Rechencluster: Speedflyer
Speedflyer - der Rechencluster des Zentrums für Aviatik
Systembeschreibung
Für den Betrieb von numerischen Modellierungstools und -softwares hat der Fachbereich Meteorologie, Umwelt und Luftverkehr einen kleinen, aber leistungsfähigen Computercluster beschafft. Für unsere Berechnungen stehen uns insgesamt fünf Nodes zur Verfügung, wovon je zwei Paare baugleich sind. Zwei Nodes aus dem Jahr 2018 sind jeweils mit zwei Intel Xeon Platinum 8164 Prozessoren mit je 52 CPU-Cores und 755 GB RAM pro Node. Alle Nodes teilen sich ein paralleles BeeGFS Dateisystem und sind via Rockport Network miteinander verbunden. Der gesamte Datenspeicher beläuft sich auf etwa 230TB. Das neuere Nodepaar von 2020 ist mit jeweils zwei AMD EPYC 7742 Prozessoren mit 128 Kernen und 1007 GB RAM pro Node ausgestattet. Ausserdem wurde im 2023 ein Einzelnode mit zwei AMD EPYC 9474F Prozessoren und insgesamt 96 Kernen und 1470 GB RAM hinzugefügt. Mit dieser Ausstattung ist der Cluster ein wertvolles Werkzeug für numerischen Simulationen und um Jobs rund um die Uhr laufen zu lassen.
Das Betriebssystem ist Rocky Linux und die Jobs werden via Slurm verwaltet. Mit dem Environment Modules Package ist es möglich, den Cluster je nach Anforderungen für bestimmte Anwendungen individuell zu konfigurieren. Der Fachbereich Meteorologie, Umwelt und Luftverkehr nutzt den Cluster vor allem für rechenintensive Simulationen mit numerischen Wettermodellen wie PALM und WRF. Andere Anwendungen sind z.B. die arbeitsspeicherintensive Modellierung des Kollisionsrisikos in der Luftfahrt oder allgemeine Arbeiten mit Python, auch via Fernzugriff durch Jupyter. Eine Zusammenarbeit, um die Fähigkeiten im Bereich «Machine Learning» auszubauen und Synergien besser zu nutzen wird momentan evaluiert.
Speedflyer Anwendungen
PALM Modellsystem:
Beim PALM Model System handelt es sich um ein modernes meteorologisches Modelliersystem, welches sich besonders für Untersuchungen der atmosphärischen Grenzschicht und Stadtklimafragen eignet. PALM ist ein Large Eddy Simulation-Tool und ist für Simulationen auf grossen parallelisierten Rechenarchitekturen optimiert worden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wettermodellen basiert PALM auf einem kartesischen Rechengitter in alle Koordinatenrichtungen, was eine genauere Repräsentation von Topografie und Gebäuden erlaubt, als wenn in vertikaler Richtung Sigma-Koordinaten verwendet würden. Die implementierten Strahlungs- und Bodenmodelle und die Möglichkeit, Simulationsdomains mit unterschiedlicher Auflösung ineinander einzubetten und Simulationen mit Daten von grösserskaligen Modellen anzutreiben, erlaubt es, hochauflösende Simulationen mit sehr realistischen Randbedingungen durchzuführen. Mit dem Speedflyer-Cluster können solche Simulationen innert nützlicher Frist durchgeführt werden. Am Zentrum für Aviatik wenden wir PALM für praxisnahe Szenarien an und generieren Datengrundlagen, die bei der Entscheidungsfindung unterstützen können und beispielsweise in Szenarien mit komplexer Topografie und damit schwer greifbaren Strömungssituationen wichtige Einblicke liefern können. Mögliche Anwendungsbereiche sind Strömungssimulationen für Flugunfalluntersuchungen, Windenergie, Untersuchungen von Kaltluftströmungen auf Stadtgebiet, Untersuchungen der städtischen Hitzeinsel und viele weitere Bereiche. Insbesondere in der Schweiz mit ihrer einzigartigen Landschaft und Wetterphänomenen sind solche Untersuchungen besonders relevant. PALM ist somit ein geeignetes Werkzeug für wichtige Fragestellungen in der Aviatik und erlaubt neue Einblicke bei Unfalluntersuchungen, Infrastrukturplanungen und Forschungsfragen.