Mit dem Einsatz eines Scale-out Speichersystems kann die Universität zu Lübeck bei institutsübergreifenden Forschungsarbeiten auf eine zentrale Datenbasis zugreifen. Bei der Auswahl der passenden Lösung stand eine hohe Schreib-/Leseleistung bei Dateien unterschiedlicher Größe sowie eine flexible und unterbrechungsfreie Skalierbarkeit an erster Stelle.

Von Grace Cheung, Isilon Systems

Lübeck steht für mehr als Marzipan und Rotspon, Thomas Mann, Willy Brandt, Salzspeicher und Holstentor. Lübeck steht auch für Spitzenforschung, denn die Stadt genießt in der akademischen Welt sowohl national als auch europaweit eine erstklassige Reputation. Eindrucksvoller Beweis sind die vielen Auszeichnungen, die an der Universität zu Lübeck tätige Wissenschaftler für ihre Arbeiten auf unterschiedlichsten Gebieten erhielten. Ebenso unterstreichen die in Folge erzielten exzellenten Ergebnisse in Hochschulrankings die herausragende Stellung des Bildungsstandorts.

Heute bietet die Schwerpunktuniversität unter dem Dach der Medizinischen und Technisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät ein breites Spektrum an Studiengängen, die von der Medizin über die Informatik bis hin zu den Biowissenschaften reichen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf Forschungsprojekten. Junge Akademiker entwickeln biologischen Vorbildern folgende Roboter oder zukunftweisende Kommunikationssysteme zur Lenkung der visuellen Aufmerksamkeit. Sie versuchen Herzinfarktgenen auf die Spur zu kommen, befassen sich mit Zelldifferenzierungen und arbeiten im Rahmen der von Bund und Ländern geförderten Exzellenzinitiative an der Entzündungsforschung. Bei all diesen Aktivitäten fallen täglich ungeheure Mengen an überwiegend unstrukturierten Daten an. Diese müssen einerseits sicher abgespeichert, andererseits jederzeit schnell und einfach auffindbar sein. Um dies zu gewährleisten, entschied sich die Universität zu Lübeck im Zuge der Einrichtung eines neuen Rechenzentrums, die in den einzelnen Fachbereichen bislang zum Einsatz kommenden Lokalspeicher um eine zentrale Storage-Lösung zu ergänzen.

Storage-Architekturen auf dem Prüfstand

Im Vorfeld der Auswahl nahm das für die Projektumsetzung verantwortliche Institut für Medizinische Informatik auf traditionellen und zukunftsorientierten Konzepten aufsetzende Storage-Architekturen unter die Lupe. Im Rahmen umfassender Testläufe verglichen die Verantwortlichen unterschiedliche Produkte anhand der von ihnen gesetzten Kriterien. Dabei stand die Leistung beim Schreiben und Lesen von Dateien unterschiedlichster Größe – angefangen von kleinen Dokumenten bis hin zu mehreren GByte umfassenden multimedialen Inhalten – ebenso auf der Prioritätenliste wie die Möglichkeit, Speicher bedarfsgerecht und unterbrechungsfrei auszubauen.

»Das jetzt verfügbare Cluster-System mit Isilon IQ 9000X-Knoten ermöglicht den zur Technisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät zugehörigen Instituten erstmals, bei übergreifenden Forschungsprojekten auf einen gemeinsamen Speicher zuzugreifen«, erklärt Dipl.-Inf. Helge Illig, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Medizinische Informatik und verantwortlich für die zentralen Serversysteme der Universität Lübeck. »Reicht die im ersten Schritt bereitstehende Nutzkapazität nicht aus oder sind höhere Zugriffsgeschwindigkeiten gefragt, ist ein weiterer Ausbau unaufwendig und wirtschaftlich realisierbar. Das gibt uns die Sicherheit, langfristig jederzeit auf wachsende Anforderungen reagieren zu können.«

In beiden Punkten überzeugte Isilons innovatives Produktdesign, bei dem sich Kapazität und Performance sowohl linear als auch unabhängig voneinander skalieren lassen. Wird mehr Speicher nötig, lassen sich weitere Knoten schnell einbinden. Ist zusätzliche Leistung gefragt, kommen die Accelerator-Nodes zum Zuge. Dieser Ansatz ist klassischen Architekturen überlegen, bei denen die Erweiterung des verfügbaren Speicherplatzes auf Kosten der Performance geht und sich in der Regel nur durch den Austausch des Gesamtsystems auf gleichem Niveau halten lässt. Ein kostspieliges Unterfangen, das sich dauerhaft nicht rechnet.

Sicherheit steht an erster Stelle

Ganz oben auf der Agenda standen zudem die Themen Ausfallsicherheit, Datensicherung und Datenschutz. Auch hier punktete Isilon. Teil des hauseigenen Betriebssystems »OneFS« ist ein standardmäßig auf N+1 gesetzter Parity-Schutz. Fallen zwei Knoten oder aber einzelne Festplatten aus, können die Anwender trotz allem in gleicher Geschwindigkeit auf die Daten zugreifen und ohne Einschränkung weiterarbeiten. Reicht dies nicht aus, lässt sich die Sicherheitsstufe von der Verzeichnis- bis hin zur Dateiebene weiter heraufsetzen.

Vorteilhaft ist zudem die breite Unterstützung von Software-Features. Da es sich um ein zentrales Speichersystem handelt, legte die Technisch-Naturwissenschaftliche Fakultät großen Wert darauf, den einzelnen Instituten anteilige Plattenkontingente zuweisen zu können. Hier bieten sich Disk-Quotas an, mit denen sich festlegen lässt, wie viel Speicherplatz des Dateisystems jedem Nutzer zur Verfügung steht. Diesen kann er dann per Rechteverwaltung eigenen Erfordernissen gemäß einrichten und administrieren. Die integrierte Snapshop-Technologie ermöglicht zudem, ohne Leistungseinbußen zu vorab definierten Zeitpunkten eine unbegrenzte Zahl an Datenkopien anzulegen. Kommt es zu Änderungen an einzelnen abgesicherten Dateien, wird lediglich der modifizierte Teil »doppelt« vorgehalten. Dies sorgt für eine optimale Nutzung des vorhandenen Speicherplatzes.

Administration mit einer Oberfläche

In einem ersten Schritt schloss die Lübecker Informatik sieben Isilon IQ-9000X-Knoten zu einem Cluster zusammen, der eine Nutzkapazität von 40 TByte bietet. Die einfache Installation begeisterte: »Das Auspacken der Produkte nimmt am meisten Zeit in Anspruch, alles Weitere ist ein Kinderspiel. Die Knoten müssen in den Schrank eingeschoben, die Infiniband- und Netzwerk- sowie das Stromkabel angeschlossen werden und das ist schon alles. Das Hinzufügen weiterer Knoten gestaltet sich ebenso einfach, alles läuft automatisch«, sagt Illig.

Auch in Sachen Management überzeugt die Lösung. Anstelle zahlreicher unterschiedlicher Anwendungen und Tools lässt sich der gesamte Scale-out-Speicher über eine einzige Administrationsoberfläche und damit weniger aufwändig als vergleichbare Lösungen verwalten.

Mehr Leistung, Funktionalität und Flexibilität

Mit der Entscheidung für den Aufbau eines zentralen Speichers ist die Universität zu Lübeck schon heute bestens auf die schwer einschätzbare künftige Entwicklung des Datenvolumens vorbereitet. Je nach den Anforderungen der einzelnen zur Technisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät zählenden Institute lässt sich die Cluster-Kapazität abhängig von dem zum Einsatz kommenden Infiniband-Switch auf 3,45 respektive zehn PByte erweitern oder aber die Leistung durch die Integration von Accelerator-Nodes an den tatsächlichen Bedarf anpassen. Für Wirtschaftlichkeit sorgt das Zahlungsmodell »Pay as you grow« – ein wichtiger Aspekt für Hochschulen, die mit den für Ausbau und Betrieb der HPC-Infrastruktur zur Verfügung stehenden Mitteln sorgsam haushalten müssen.