de.wedoany.com-Bericht: Die chinesische Hochleistungs-Synchrotronstrahlungsquelle (HEPS) in Huairou, Peking, soll voraussichtlich 2026 offiziell in Betrieb genommen werden. Es handelt sich um die erste und einzige Synchrotronstrahlungsquelle der vierten Generation in China und Asien, weltweit gibt es nur vier solcher Anlagen. Die Anlage erstreckt sich über 976 Mu (ca. 65 Hektar) und kostet 4,76 Milliarden Yuan. Sie kann Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und Synchrotronstrahlung erzeugen, die eine Billion Mal heller ist als die Sonne, um mikrometerdünne Materialien zu durchdringen und deren Mikrostruktur zu analysieren. 14 Strahllinienstationen decken die drei Hauptbereiche nationale Sicherheit, industrielle Innovation und wissenschaftliche Spitzenforschung ab. Die Inlandsquote der Kernausrüstung der großen wissenschaftlichen Anlage liegt bereits bei über 95 %. Wenn die IT-Infrastruktur, die den gesamten Lebenszyklus der Experimentdaten trägt, jedoch weiterhin auf ausländischen IT-Systemen basiert, wird sie zum schwächsten Glied in der gesamten Kette. Das Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entschied sich schließlich für die Lenovo Kaitian Intelligent Cloud, um ein digitales Xinchuang-Basissystem aufzubauen, das die gesamte Kette vom Chip bis zur Anwendung abdeckt.
Nach dem offiziellen Betrieb wird HEPS täglich etwa 800 TB an Experimentdaten erzeugen, wobei die Spitzenwerte einer einzelnen Strahllinienstation bis zu 2300 TB pro Tag erreichen können. Die Daten müssen vom Detektor über den Speicher bis zur Analyse einen „wartefreien" Durchlauf gewährleisten, was hohe Anforderungen an die koordinierte Architektur von Speicher, Netzwerk und Rechenleistung stellt. Die Arbeitslast ist zudem äußerst komplex; die Rechenanforderungen verschiedener Experimente variieren stark – einige benötigen massive parallele CPU-Leistung, andere eine einzelne GPU, wieder andere die Koordination mehrerer GPUs. Die Plattform muss heterogene Ressourcen flexibel und bedarfsgerecht zuweisen können. In Bezug auf die Sicherheit stammen die Nutzer der Lichtquelle aus verschiedenen Forschungsteams und sogar von kommerziellen Kunden, die möglicherweise in Konkurrenz zueinander stehen. Die Plattform muss eine sitzungsbezogene Sicherheit der Analyseumgebung und eine benutzerbezogene Isolierung der Experimentdaten gewährleisten. Auch die Benutzererfahrung ist entscheidend; die Nutzer sind meist Wissenschaftler aus den Bereichen Biologie und Materialwissenschaften, die eine Analyseumgebung benötigen, die sie einfach über einen Browser-Login nutzen können.
Das Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften wählte die Lenovo Kaitian Intelligent Cloud als technische Basis für das digitale Xinchuang-Basissystem, um die gesamte Kette vom Chip bis zur Anwendung mit Xinchuang-Technologie abzudecken. Auf der Cloud-Basisebene verwaltet die Lenovo Kaitian Intelligent Cloud die Rechenhardware-Ressourcen einheitlich, darunter über 30 physische Knoten von Herstellern wie Lenovo Kaitian, Anqing und Ningchang mit mehr als 2600 CPU- und GPU-Kernen, und integriert ein ROCE-verlustfreies Netzwerk, nahezu 2 PB All-Flash-Speicher und 30 PB Festplattenspeicher. Ihr offenes Ökosystem „Eine Cloud, mehrere Kerne" ermöglicht die Steuerung von Hardware unterschiedlicher Architekturen auf einer einheitlichen Plattform. Die Lenovo Kaitian Intelligent Cloud bietet intelligente Scheduling-Fähigkeiten für verschiedene Rechenumgebungen wie Container, JupyterLab, virtuelle Maschinen und HPC-Batchverarbeitung und kann Rechenleistung dynamisch und bedarfsgerecht bereitstellen. Interaktive Analysen mit extrem niedriger Latenz und umfangreiche GPU-Batchverarbeitung können präzise zugeordnet werden, was die Effizienz der Experimentdatenverarbeitung um 25 % und die Ressourcennutzung um 40 % steigert. Auf der Cloud-Basis entwickelte das Team des Instituts für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die eigene Torch-Wissenschaftsrechenplattform, die Rechenleistung, Daten, Authentifizierung und Umgebung integriert. Auf der Sicherheitsebene wurde ein vierstufiges System aus sitzungsbezogener Isolierung, Identitätsgrenzen-Isolierung, dynamischem Netzwerkmanagement und rückverfolgbarer Prüfung aufgebaut, um die physische Isolierung der Daten verschiedener Teams zu gewährleisten. Wissenschaftler müssen lediglich die Rechenleistung auswählen, Daten hochladen und auf „Ausführen" klicken.
Bei der Anpassung an inländische Chips arbeitete die Lenovo Kaitian Intelligent Cloud mit Haiguang zusammen, um die Kernsoftware von HEPS auf die Haiguang DCU-Beschleunigerkarte zu portieren und tiefgehend zu optimieren. Tests des rPIE-Kohärenzbeugungsbildgebungsalgorithmus zeigten, dass die parallele Rechenzeit mit 8 Karten von Hunderten von Sekunden auf 51 Sekunden verkürzt wurde, was belegt, dass durch die abgestimmte Optimierung von Software und Hardware unter der Xinchuang-Architektur kritische Geschäfte unterstützt werden können. Die HEPS-Plattform wurde bereits in der Phase des Probebetriebs zur Strahljustierung eingesetzt, mehr als ein Jahr vor der offiziellen Abnahme, und alle 14 Strahllinienstationen sind in Betrieb. Ein Nutzer, der zuvor Experimente an Synchrotronstrahlungsquellen in Brasilien und Europa durchgeführt hatte, fragte aktiv, ob er seine Daten zur Analyse auf die Torch-Plattform übertragen könne, da die bedarfsgerechte Bereitstellung heterogener Rechenleistung ohne Wartezeiten auskomme, JupyterLab sofort einsatzbereit sei, der Fernzugriff über das Internet eine Fortsetzung der Analyse nach Verlassen der Universität ermögliche und die Sicherheitsisolierung ebenfalls gewährleistet sei. Das digitale HEPS-Basissystem zeigt, dass Xinchuang-Lösungen in den komplexesten wissenschaftlichen Einrichtungen des Landes mit den höchsten Anforderungen an Leistung und Sicherheit reibungslos funktionieren können, wobei die Benutzererfahrung und Effizienz traditionellen Architekturen in nichts nachstehen. Der von der Lenovo Kaitian Intelligent Cloud verfolgte duale Ansatz „Private KI + Inlandsproduktion" hat in diesem Fall seine Machbarkeit unter Beweis gestellt. Die wissenschaftliche Xinchuang-Entwicklung bewegt sich von einer politikgetriebenen zu einer wertgetriebenen Phase, von einem punktuellen Ersatz zu einer ganzheitlichen Zusammenarbeit und von „Laufen" zu „schnellem Laufen".
