Cloud Computing HPC und Cloud: eine Bestandsaufnahme

Autor / Redakteur: Dr. Oliver Tennert / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

HPC-Anwendungen in der Cloud nutzen: Prinzipiell klingt das verlockend. Die Vorteile der Cloud wie hohe Skalierbarkeit und Flexibilität sollten doch eigentlich auch problemlos im Umfeld von HPC-Anwendungen zum Tragen kommen. Doch das Thema ist komplexer als vermutet.

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Rechenleistung und Speicherkapazität aus der Cloud zu beziehen, bietet sich besonders für das Hochleistungsrechnen (HPC) an.
Rechenleistung und Speicherkapazität aus der Cloud zu beziehen, bietet sich besonders für das Hochleistungsrechnen (HPC) an.
(Bild: Nmedia - fotolia.de)

Dass HPC (High-Performance-Computing)-Anwendungen im Trend liegen, ist heute keine Frage mehr. Und sie sind keineswegs mehr nur ein Thema von großen Konzernen und Unternehmen oder Forschungsinstituten und Universitäten. Auch kleine und mittelständische Unternehmen nahezu jeder Branche nutzen immer häufiger HPC-Applikationen, da dies inzwischen nicht mehr mit extrem hohen Kosten verbunden ist.

HPC benötigt keine Supercomputer mehr

Früher erforderten HPC-Systeme den Einsatz von teuren Großrechnern und Supercomputern. Doch die technologische Entwicklung schreitet kontinuierlich voran und hat die horrend teuren Großrechner-Lösungen verdrängt: Sie werden mehr und mehr von – im Vergleich geradezu billigen – Clustern auf Basis standardisierter x86-Systeme abgelöst. Und das hat dazu beigetragen, dass auch kleine und mittlere Unternehmen heute leistungsfähige HPC-Systeme kostengünstig betreiben können.

Im industriellen Umfeld werden HPC-Systeme vor allem genutzt für die Entwicklung neuer und die Verbesserung vorhandener Produkte oder Produktkomponenten, die Optimierung von Produktionsprozessen und die Analyse großer Datenbestände.

HPC bietet hohes Anwendungspotenzial

Konkrete Anwendungsbeispiele sind Crash-Simulationen bei Automobilherstellern oder die Berechnung des optimalen Energiemix durch Stromanbieter. Bei akademischen Institutionen stehen Simulationen zur Überprüfung von Theorien und Experimenten, Modellierungen in der Klima- oder Materialforschung sowie ebenfalls umfangreiche Datenanalysen im Vordergrund. Dass gerade auch kleine und mittlere Unternehmen zunehmend HPC-Systeme nutzen, zeigt ein Beispiel: In der Automobilindustrie sind heute Hunderte von Ingenieurdienstleistern tätig, die den Herstellern HPC-gestützt zuarbeiten. So werden wichtige KFZ-Komponenten wie Bremsen, Sitze, Airbags, Einspritzpumpen oder Klimaanlagen und deren Verhalten tausendfach simuliert, bevor sie letztendlich in die Produktion gehen.

Vorteile der Cloud für HPC

Voraussetzung für die Nutzung von HPC-Anwendungen ist eine Infrastruktur mit hoher Rechenkapazität, wie sie mit einer Cluster-Lösung realisierbar ist. Die Notwendigkeit für Unternehmen, eine solche Umgebung aufzubauen, führt aber zur Frage, ob nicht auch eine Cloud-Nutzung für HPC-Systeme infrage kommt, das heißt die Inanspruchnahme von HPC-Kapazitäten von einem externen Dienstleister. Dabei sind allerdings mehrere Punkte zu beachten.

Zunächst verspricht die Cloud-Nutzung natürlich einige Vorteile. Zum Beispiel ist es dann nicht erforderlich, eigene HPC-IT-Ressourcen aufzubauen – unter Berücksichtigung der für HPC-Applikationen spezifischen Sizing-Thematik im Rechenzentrum im Hinblick auf Aspekte wie CPU- und GPU-Leistung, Arbeitsspeicher, Storage-Kapazität oder Netzwerk. Auch die schnellere Skalierbarkeit der Infrastruktur bei einem externen Dienstleister spricht für die Cloud. Und nicht zuletzt kann mit einer HPC-Cloud auch der unternehmensinterne Administrationsaufwand deutlich verringert werden.

Wie bei jeder Entscheidung für die Cloud sind auch beim Thema HPC Cloud-typische Aspekte wie Bandbreite, Verfügbarkeit, Datenmigration oder Festlegung von Service Level Agreements zu beachten. Zusätzlich gibt es aber auch mehrere HPC-Spezifika, die im Hinblick auf eine Cloud-Nutzung zu berücksichtigen sind. Im Wesentlichen betrifft das die drei Aspekte Sicherheit, Datenmenge und Lizenzmodell, die vielfach der Grund sind, dass HPC-Systeme nicht in der Cloud betrieben werden:

  • Erstens sind HPC-Daten in aller Regel unternehmenskritisch. Für Industrieunternehmen stellen sie meistens einen wesentlichen Bestandteil der eigenen Wertschöpfungskette dar. Das spricht häufig gegen eine Auslagerung der Daten in eine Public Cloud.
  • Zweitens erschwert das Problem des Transfers großer Datenmengen die HPC-Cloud-Nutzung. Das betrifft sowohl die umfangreichen Input-Daten für Analysen als auch die großen Ergebnisdatensätze von Simulationsläufen, deren Postprocessing im eigenen Unternehmen und unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktur erfolgt.
  • Drittens sind auch die Lizenzmodelle der Applikationshersteller nach wie vor ein Hinderungsgrund für eine breitere Nutzung von HPC-Cloud-Modellen, denn bei vielen Anwendungen ist keine On-Demand-Nutzung möglich.

Sind HPC und Cloud also sich ausschließende Lösungen? So eindeutig kann das Ganze dann aber doch nicht gesehen werden. Denn es gibt durchaus Bereiche, in denen ein Trend zur HPC-Cloud zu erkennen ist – und die Vorteile eines solchen Ansatzes extrem weitreichend sind. Gerade akademische Institutionen setzen heute in immer stärkerem Maße auf HPC in der Cloud.

HPC-Anwendungen werden Cloud-fähig

Generell stehen heute immer mehr – auch lastintensive – HPC-Applikationen für eine Cloud-Nutzung zur Verfügung. Eine aktuelle Innovation betrifft zum Beispiel das Remote 3D Processing. Transtec beispielsweise arbeitet in diesem Bereich mit dem Grid- und Cloud-Lösungsanbieter Nice zusammen. Das Unternehmen stellt eine Lösung zur Remote-Visualisierung bereit, die unter anderem ein inkrementelles Provisioning, On-Demand-Allokation sowie ein effizientes Management von Lizenzen und interaktiven Sessions bietet.

Insgesamt zeigt sich, dass das Thema „Rechenleistung und Speicherkapazität aus der Wolke“ natürlich auch im HPC-Umfeld Relevanz besitzt. Allerdings sollten die Problemstellungen im Hinblick auf Sicherheitsanforderungen, HPC-typische Datenmengen und Lizenzmodelle nicht unterschätzt werden. Eine differenzierte Herangehensweise mit dem Abwägen von Vor- und Nachteilen ist für jedes Unternehmen zu empfehlen, das sich mit dem Gedanken trägt, Cloud-Dienstleistungen für HPC-Systeme zu nutzen. Auch wenn sich ein Unternehmen zunächst gegen eine HPC-Cloud entscheidet, bleibt ein konkreter Anwendungsfall immer noch denkbar: das Cloud-Bursting, das heißt der Zugriff auf zusätzliche Cloud-Ressourcen, wenn sich Engpässe bei den HPC-Rechenkapazitäten im eigenen Rechenzentrum ergeben. (mz)

* Dr. Oliver Tennert ist Director HPC-Solutions bei der Transtec AG in Tübingen.

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