HPC-Cloud: Praxis-Tipps für das Engineering

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Ob Computer Aided Engineering (CAE) oder Data Science – die digitale Transformation hat das Reißbrett in die Cloud verlagert. Dafür sind sichere und anpassungsfähige IT-Infrastrukturen wie eine gemanagte Cloud-Lösung notwendig. Was die Anforderungen an eine Managed HPC-Cloud sind und welche praxis­nahen Tipps wichtig sind, erläutert uns CPU 24/7.

Engineering-Unternehmen verschiedenster Branchen stehen vor ähnlichen Problemen. Moderne Methoden erfordern ­State-of-the-Art IT-Systeme, um sie darauf abzubilden. Knackpunkt bei numerischen Simulationen in unternehmenseigenen IT-Infrastrukturen ist die Verfügbarkeit und der Einsatz leistungsfähiger Rechenkapazitäten (da bisher keine HPC-Cloud genutzt wird).

CAE-Projekte erfolgreich bearbeiten

Viele Inge­nieure in der Entwicklung nutzen unzureichende Rechenressourcen, sodass komplexere Aufgabenstellungen entweder nur langsam oder gar nicht lösbar sind. Zwei- bis dreimal pro Jahr stellen sich zudem Spitzenlasten ein, bei dem die internen Rechenkapazitäten und Lizenzen nicht mehr ausreichen, um CAE-Projekte effektiv zu bearbeiten. Hinzu kommen lange Beschaffungs- und Bereitstellungszeiten in der internen IT.

Die Folge: Es entsteht eine Schatten-IT, bestehende Prozesse werden ausgehebelt, die IT-Sicherheit ist gefährdet. Warum nicht auch in der Entwicklung auf eine gemanagte, angepasste HPC-Cloud-Lösung zurückgreifen?

Eine HPC-Cloud hat viele Vorteile…

Die Auslagerung der HPC-Rechenressourcen an einen Managed-Cloud-Anbieter ermöglicht zahlreiche Vorteile:

1. Nutzer bekommen einen dynamischen Zugriff auf skalierbare, hochverfügbare HPC-Ressourcen auf jeweils neuester Hard- und Software. Sie aktivieren und nutzen diese für einen bestimmten Zeitraum in beliebiger Höhe bedarfsgerecht.

2. HPC in der Cloud sorgt für eine optimale Ressourcenausnutzung. Die Anschaffung eines eigenen HPC-Clusters und der entsprechenden Infrastruktur ist auf Seiten der internen IT mit einer hohen Investition und Ressourcenbindung (Kapital, Personal und Zeit) verbunden. Durch Outsourcing lässt sich agiler auf veränderte Geschäftsanforderungen reagieren.

3. Umfangreiche Service- und Support-­Angebote bieten Ingenieuren mehr Raum zur Fokussierung auf die eigenen Kernkompetenzen. Konfiguration und Instandhaltung von IT-Systemen werden unnötig.

4. Ein optimierter Entwicklungsprozess und eine reduzierte Time-to-Market durch parallel verarbeitete und beschleunigte Berechnungsläufe sind das Plus.

…birgt aber auch Herausforderungen

Dennoch ist die HPC-Cloud-Nutzung in Deutschland mit Skepsis behaftet. Potenzielle Anwender im B2B-Bereich sehen Hemmnisse insbesondere in der Sicherheit. Die Anforderungen an industriell genutzte Cloud-Lösungen sind daher besonders hoch. Wer nach fundierten Alternativen zu den eigenen IT-Infrastrukturen sucht, wird sich die Anbieter genau ansehen müssen. Entscheider sollten sich daher mindestens an dem „4-S-Modell“ orientieren: Standort, Sicherheit, Spezialisierung und Service.

Standort der Rechenressourcen der HPC-Cloud

Anwender müssen wissen, wo ihre Daten verarbeitet und gespeichert werden. Der Standort hat unter anderem einen wesentlichen Einfluss auf den Gerichtsstand, die Einhaltung von Datenschutz- und Exportbestimmungen, aber auch auf die Latenz.

Tipp: Achten Sie bei der Auswahl des Cloud-Anbieters auf den Standort, an dem die Server gehostet werden. Machen Sie sich bewusst, dass Rechenzentren außerhalb Deutschlands anderen Datenschutz- und Sicherheitsstandards sowie gesonderten Exportbestimmungen unterliegen. Zudem sollte der Provider auch Eigentümer der Hardware sein.

Sicherheit ist das A und O in der HPC-Cloud

Laut einer KPMG-Studie (KPMG Cloud ­Monitor 2020) fürchten Unternehmen, die bislang ohne Public-Cloud-Lösungen auskommen, einen unberechtigten Zugriff auf sensible Daten. Sicherheit in der Cloud benötigt daher eine breite Palette von Richtlinien, Überwachungsmechanismen und Steuerelementen zum Schutz des eigenen geistigen Eigentums wie Daten, Applikationen, Services und der darunterliegenden Cloud-Infrastruktur. 

Tipp 1: Definieren Sie Art und Ort der Datenverarbeitung immer auf Basis einer risiko­basierten Datenklassifizierung. Unternehmens-, Kunden- und personenbezogene Daten haben einen weitaus höheren Schutzbedarf als öffentliche oder anonymisierte Daten.

Tipp 2: Zertifikate wie ISO 27001 stellen sicher, dass gewisse Grundprozesse gelebt werden. Häufig werben Anbieter mit Zertifizierungen, erwähnen aber nicht, dass nur Teilprozesse oder bestimmte Services zertifiziert sind (Scope).

Spezialisierung auf CAE-Prozesse

CAE-Anwendungen sollten mit ihrer zugrundeliegenden Infrastruktur gut abgestimmt werden. CFD-Berechnungen profitieren oft von der hohen Anzahl bereitgestellter Kerne, einer leistungsstarken Kommunikation zwischen den Servern, zum Beispiel InfiniBand, möglicher GPU-Unterstützung und geeigneten Compiler-Einstellungen für MPI und die Software selbst. Strukturmechanische Probleme skalieren hingegen nur zu einem gewissen Grad und profitieren eher von effizienten Storage-Lösungen und einer möglichst hohen Taktung einzelner Cores. Bei der Wahl der richtigen System-Konfiguration beraten professionelle HPC-Provider den Endnutzer mithilfe von Benchmarks.

Tipp: Achten Sie bei der Auswahl des HPC-Providers darauf, für welchen Anwendungsbereich die HPC-Ressourcen bereitgestellt werden. Know-how und langjährige Expertise sind im Bereich ingenieurswissenschaftlicher Anwendungen obligatorisch. Stellen Sie sich die Frage, ob sich Ihre Anforderungen tatsächlich durch ein Systemhaus, ein Supercomputing-Center, eine Forschungseinrichtung oder akademische Institution abbilden lassen.

Ganzheitlicher Service & Support

Der stabile Betrieb einer modernen HPC-­Infrastruktur in der Cloud ist herausfordernd. Im Zuge dessen gewinnt ein adäquater Support an Bedeutung. Eine HPC-Cloud-Infrastruktur muss kontinuierlich auf Fehler überwacht, Sicherheitsupdates müssen eingespielt und die Datensicherheit gewährleistet werden. Anwender wissen einen schnell reagierenden Support auf Augenhöhe zu schätzen, benötigen Hilfe beim Onboarding oder dem sicheren Zugriff auf das HPC-Cluster. Service Owner erwarten den monatlichen Austausch mit dem Service Provider inklusive individuell zugeschnittenem Lizenz- und Auslastungs-Reporting. Damit übernehmen HPC-Anbieter Funktionen, die den Anwender entlasten.

Tipp: Entscheiden Sie sich für einen Anbieter, der lösungsorientiert arbeitet und auf individuelle Anforderungen eingeht. Support ist kein anonymes Ticketsystem, sondern ein partnerschaftlicher, offener Dialog!

Ziel bei der Nutzung von HPC-Cloud-Lösungen sollte eine hohe integrierte ­Sicherheit bei gleichzeitiger guter Nutzbarkeit sein. Engineering in der HPC-Cloud mit dem richtigen Anbieter ist eine wirtschaftliche, transparente und flexible Lösung auf höchster Sicherheitsstufe. Aber: Es gibt nicht DIE eine Cloud-Lösung. Ingenieure benötigen individuell angepasste Services. Vor allem interne, operative und administrative Kundenprozesse sind viel zu heterogen, um eine Pauschallösung bereitzustellen.

CPU 24/7 Engineering Cloud

Die Engineering Cloud von CPU 24/7 ist eine sichere und dedizierte IT-Plattform, die Services für die gesamte Produktentwicklung und den Produktlebenszyklus bietet, einschließlich aller relevanten Anwendungen etwa für CAE oder Data Science. Diese Services wie HPC-Cluster-Lösungen oder Applications-as-a-service werden nach Bedarf bereitgestellt und abgerechnet. Die Daten verlassen dabei Deutschland nicht, denn CPU 24/7 nutzt eine deutsche Cloud nach höchsten Sicherheitsstandards (ISO 27001, TISAX). Zum Kundenportfolio gehören unter anderem Rolls-Royce Deutschland, Brose, Meyer.

Der Autor Daniel Gülzow M.Sc. ist Head of Sales & Business Engineering bei der CPU 24/7 GmbH.

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