Forschung
Bild: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne - HPE
Bild: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne - HPE

Hardware für das EPFL Blue Brain Project

Supercomputer entschlüsselt Gehirn

Die Hirnforschungsinitiative "Blue Brain Project" setzt einen HPE-Supercomputer zur digitalen Rekonstruktion und Simulation eines Mäuse-Gehirns ein.

Hewlett Packard Enterprise (HPE) hat für das Blue Brain Project, eine Schweizer Hirnforschungsinitiative der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), einen Supercomputer gebaut, um das Gehirn von Säugetieren digital zu rekonstruieren und zu simulieren. Der neue Supercomputer, genannt Blue Brain 5, wird für die simulationsbasierte Forschung, Analyse und Visualisierung eingesetzt, um das Verständnis des Gehirns zu fördern.

Hirnstörungen sind komplexe Phänomene, die von Genen über Schaltkreise bis hin zum gesamten Gehirn reichen. Eine integrierte Sicht darauf, wie all diese Ebenen zusammenwirken und bei Hirnerkrankungen gestört werden, ist die größte Herausforderung bei der Entschlüsselung des Gehirns. Das Blue Brain Project ist Vorreiter bei der Rekonstruktion und Simulation digitaler Gehirnmodelle zur Bewältigung dieser Herausforderung. Blue Brain veröffentlicht systematisch Open-Access-Daten, Modelle und Open-Source Tools, um Organisationen wie dem europäischen Human Brain Project zu helfen, die verschiedenen Organisationsebenen des Gehirns zu verstehen.

Nach einem strikten Beschaffungsprozess gemäß den Supercomputer-Anforderungen der wissenschaftlichen Roadmap des Projekts erhielt HPE Ende 2017 einen ersten Auftrag. Einschließlich einer Anschlussphase kann der Gesamtwert für die Bereitstellung von Supercomputer-Technologie und -Expertise bis zu 18 Millionen Schweizer Franken betragen. Der von HPE entwickelte Supercomputer auf Basis des Systems HPE SGI 8600 bietet maßgeschneiderte und skalierbare Rechenleistung, die es dem Blue Brain Project ermöglicht, sein wissenschaftliches Roadmap-Ziel für 2020 zu verfolgen: die Modellierung ganzer Regionen des Maus-Gehirns, insbesondere des Thalamus und des Neocortex.

HPE hat Blue Brain 5 entwickelt, um die verschiedenen rechenintensiven Herausforderungen der Rekonstruktions- und Simulations-Workflows des Blue Brain Projects zu unterstützen. Die flexible Architektur des HPE SGI 8600 System ist entscheidend für das Ziel des Projekts, da es verschiedene Subsysteme beherbergen kann, die speziell auf Aufgaben wie Visualisierung oder Deep Learning ausgerichtet sind, die zusammen als ein einziges System betrieben werden. Blue Brain 5 integriert vier verschiedene Subsysteme – jedes für ein anderes Auslastungsprofil optimiert –, die spezifische Stärken in Bereichen wie Arbeitsspeichergeschwindigkeit, Grafik, Prozessorgeschwindigkeit oder Ein-/Ausgabe haben.

"Der Forschungsauftrag des Blue Brain Project ist hochgradig abhängig von der uns zur Verfügung stehenden Supercomputer-Technologie“, sagt Felix Schürmann, Co-Direktor des Blue Brain Project. "Wenn wir heute bei Blue Brain ein einzelnes Neuron modellieren, führt das zu rund 20.000 gewöhnlichen Differentialgleichungen – wenn wir eine ganze Hirnregion modellieren, steigt diese Zahl schnell auf 100 Milliarden Gleichungen, die gleichzeitig gelöst werden müssen. HPE hilft uns, den richtigen Weg in einem komplexen Technologie-Umfeld zu finden.“

Der vom Blue Brain Project genutzte Supercomputer HPE SGI 8600 besteht aus 372 Rechnerknoten, die 1,06 Petaflops Spitzenleistung liefern. Das System verfügt über 94 Terabyte Arbeitsspeicher – das entspricht dem Arbeitsspeicher von rund 23.000 Laptops – und läuft mit den Prozessoren Intel Xeon Gold 6140 und Intel Xeon Phi 7230 sowie mit NVIDIA-Grafikprozessoren vom Typ Tesla V100. Das System nutzt Single- und Dual-Rail-InfiniBand-Hochleistungsnetzwerke von Mellanox und verfügt über 4 Petabyte Hochleistungsspeicher von DataDirect Networks (DDN) mit mehr als 50 GB/s aggregierter Bandbreite, verbunden DDNs Infinite Memory Engine (IME), einem innovativen Flash-basierten Burst-Puffer mit einer Bandbreite von 80 GB/s.

Das HPE SGI 8600 System wurde entwickelt, um komplexeste Probleme zu lösen. Das System ist Grundlage für einige der schnellsten Supercomputer der Welt. Blue Brain kann damit auf Tausende von Rechnerknoten skalieren. Das System verfügt über eine energieeffiziente Flüssigkeitskühlung, die keine erwärmte Luft in das Rechenzentrum abgibt. Das neue System wurde im Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) in Lugano, Schweiz, installiert.

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