Drei Jahre betrug die Produktionszeit des Animationsfilms und weltweiten Kassenschlagers Avatar. Dafür benötigten die Effektkünstler von Weta Digital eine auf maximale Performance ausgelegte IT-Umgebungen. Die Basis stellen eine riesige Renderfarm sowie ein ausgeklügeltes Storage-System, die gleichzeitig den Datenmanagement-Aufwand um 95 Prozent reduzieren.

von Karl Fröhlich

Bild: 20th Century Fox

Der aktuell erfolgreichste Film aller Zeiten, »AVATAR«, läutet eine neue Ära in der Kinogeschichte ein. Nie zuvor gab es einen derart fotorealistischen Animationsfilm zu sehen. Der dafür nötige Technikaufwand und Speicherbedarf sind immens.

Der Blockbuster von James Cameron benötigte modernste digitale Technik zur Darstellung täuschend echter Kreaturen, Gesichtszüge, Mimiken, bis hin zu einer kompletten Flora und Fauna mit tausenden von Pflanzen, Feuer, Wasser und Rauch. Die dabei entstandene Datenmenge übertraf bei Weitem die der gesamten »Herr der Ringe«-Trilogie.

Verantwortlich für die digitalen Effekte war Weta Digital. Die neuseeländischen Kreativspezialisten vertrauten dabei auf Fujitsu-Systeme und NetApp-Speicher. Die Effektschmiede unterhält eigenen Aussagen zufolge eines der größten Rechenzentren der südlichen Hemisphäre, mit einem Speicherplatz von 2,5 PByte und insgesamt rund 35.000 wassergekühlten CPU-Kernen und 105 TByte Arbeitsspeicher.

Problem I: Verwaltung der riesigen Daten- und Speichermengen

Die am Computer erzeugten Bilder (CGI), die digitale Erfassung von Bewegungen und aufwändige Renderprozesse produzierten Millionen an Dateien. Der 3D-Film erzeugte täglich circa zehn bis zwölf TByte. Die Herausforderung war jedoch nicht allein das Speichern der Dateien, sondern ihr Management. So benötigen die Animationsspezialisten schnellen Zugriff auf verbindliche Texturvorlagen etwa für das Aussehen von Frisuren, die beim Rendern mit dem 3D-Modell verbunden werden. Ändern sich die Vorlagen, muss die neueste Version schnell und automatisch im Netzwerk bereit stehen.

Im Zentrum der Lösung steht Netapps »FlexCache«, das neben der Performance auch für die Synchronisation und den simultanen Zugriff auf neue Texturversionen sorgt. »Netapp hat die Kosten für unser Datenmanagement um 95 Prozent gesenkt und das Preis-/Leistungsverhältnis um über 40 Prozent verbessert«, erklärt Paul Ryan, CTO bei Weta Digital. »Ebenso wurde die CPU-Last auf dem Storage drastisch reduziert, was kürzere Ladezeiten, schnellere Renderprozesse und mehr Produktivität zur Folge hatte.«

Problem II: Maximal Bandbreite und Geschwindigkeit

Die Speichereinheiten setzten sich zusammen aus vier Storage-Beschleuniger des Typs »SA600 FlexCache« mit dem Betriebssystem »Data ONTAP« und je zwei FC-Disks mit 450 GByte. Die Systeme agieren als hochskalierbare Cache-Layer zwischen der Renderwall und einem Netapp Storage-Array, auf dem die Texturvorlagen abgelegt sind. Des Weiteren setzt Weta Digital »FAS6000«-RAIDs ein. Zwei 16-GByte-PAM-Module pro System maximieren die Leseleistung ohne den Einsatz zahlreicher Festplatten. Dies soll Kosten, Energieverbrauch und Kühlungsaufwand reduzieren. Für eine maximale Leitungsgeschwindigkeit zur Renderwall sorgen zwei 10-Gbit-Ethernet-Links mit aktiver TCP/IP Offload-Engine (TOE).

Die Renderwall verarbeitet mehrere Tausend Prozesse gleichzeitig und greift dabei häufig auf die gleichen Dateien oder File-Gruppierungen zu. Dies führt immer wie so genannten Hot-Spots in der Storage-Umgebung. Weta Digital entschärft diese Problem mit drei geclusterten NAS-Systemen »Titan 3200« von BlueArc. Im Vollausbau bietet ein Cluster vier PByte und unterstützt bis zu 200.000 IOPS bzw. einen Durchsatz von 20 Gbit/s.

Hohe Performance und optimale Bandbreitenauslastung gehörten bei der 200 Millionen US-Dollar teuren Produktion zu den ausschlaggebenden Kriterien. Einem Bericht der Kollegen von PC-Welt zufolge verschlang eine der aufwendigsten Einstellungen eine Renderzeit von 63.000 Stunden. Ein Prozessor hätte dafür über sieben Jahre benötigt. Insgesamt hätte eine Einkern-CPU über 100 Millionen Stunden benötigt. Weta Digital produzierte den Animationsfilm mit seiner über 4.300 Computer umfassenden Renderfarm in etwa drei Jahren.