Wir wollen uns gemeinsam über Supercomputer informieren.

Was ist ein Supercomputer? #

Definition, ein Beispiel, Unterschiede zu «normalen» Computern, Anwendungen für Supercomputer.

Supercomputer oder auch Superrechner sind Computersysteme, die auf sehr hohe Rechenleistungen (Performance) optimiert sind. Die meisten Supercomputer arbeiten als Parallelrechner, was bedeutet, dass sie über eine grosse Anzahl von Prozessoren verfügen und somit in der Lage sind, komplexe Rechenprozesse gleichzeitig, also parallel, abzuarbeiten. Deswegen erzielt ein Supercomputer enorm hohe Geschwindigkeiten und Rechenleistung.

Anwendungen des Supercomputers #

Der Betrieb eines Supercomputers ist teuer und aufwändig. Deshalb stehen diese hochkomplexen Anlagen weltweit nur an ausgewählten Standorten, wie beispielsweise in speziellen Forschungs- und Hochleistungsrechenzentren oder an Technischen Universitäten.

Typische Einsatzgebiete: #

• Neurowissenschaft
• Ingenieurs- und Materialwissenschaft
• Theoretische Chemie und Physik (Quanten- und Elementarteilchenphysik oder Astrophysik)
• Geowissenschaft, Umwelt- und Klimaforschung (numerische Wettervorhersage)
• Weitere Einsatzbereiche sind kommerzielle Anwendungen: Energiesektor oder Medizin

Beispiel: Summit #

Der Supercomputer Summit, ist vom Unternehmen IBM und wird seit 2018 vom Oak Ridge National Laboratory in Tennessee der USA benutzt. Er hat 148’600 TeraFLOPS^[1]. Zurzeit ist es der 5. schnellste Supercomputer. Er wird wissenschaftlich benutzt für Berechnungen im Bereich von Energie, Gesundheit & KI.

Welches sind die Top-Supercomputer? #

Eine Rangliste der Supercomputer mit weiteren Angaben und ev. Bildern.

Die 5 schnellsten Supercomputer

Viele Länder befinden sich in einem Wettrennen um den besten Supercomputer. Bisher haben vor allem die USA die Nase vorn gehabt. Um unabhängiger zu werden, plant die EU eine Investition von einer Milliarde Euro, um eine eigene Supercomputer-Infrastruktur aufzubauen. Die Investition soll die europäische Wettbewerbsfähigkeit stärken. Das Hauptproblem bei der Entwicklung von Supercomputern sind jedoch die hohen Kosten und der Energieverbrauch, der ultraenergieeffiziente Anlagen erfordert. Es handelt sich um ein digitales Wettrüsten. Während China z.B. lange US-Server nutzte, hat es in den letzten Jahren eine eigene Supercomputer-Infrastruktur aufgebaut. Dies hauptsächlich, weil die USA nicht wollte, dass China von der US-Serverleistung profitiert. Supercomputer werden grösstenteils für Forschung und Innovation benötigt und zählen deswegen als Schlüsseltechnologien. Deswegen wird das Wettrüsten sicherlich weitergeführt.

Wie lange gibt es schon Supercomputer? #

Was waren die ersten Supercomputer? Wie haben sich diese entwickelt? Was hat sich verändert bezüglich Architektur, Technologie und Leistung?

Supercomputern existieren schon seit 1964, ungefähr 20 Jahre nach der Entwicklung des ersten Computers. Obwohl ein damaliger Supercomputer heute eine relativ kleine Rechenkapazität besass, waren sie dazumal auf dem neusten Stand. Wie heute wurden Supercomputern für daten- und rechenintensive wissenschaftliche und technische Zwecke eingesetzt.

Was waren die ersten Supercomputer? #

Der 1964 erschienene CDC 6600 wird oft als der erste Supercomputer angesehen. Es wurde von Seymour Cray zusammen mit vielen anderen Ingenieuren entwickelt. Es folgte der in 1976 von Seymour Cray vorgestellte CRAY-1. Sein zweiter Supercomputer kam 1985 auf den Markt und hiess CRAY-2, jedoch war diese Version sehr problematisch: Aufgrund der hohen Anzahl an Silizium-Chips überhitzte der Supercomputer schnell. 1988 wurde Cray Computer von Seymour Cray gegründet. Dort wurde die Entwicklung des CRAY-3 fortgefahren (Wikipedia).

Wie haben sich diese entwickelt? #

Im Laufe der Zeit hat sich die Anzahl an Prozessoren von 8 auf 1’000 vermehrt. Die zweite, grosse Entwicklung fand Ende der 1980er Jahren statt: die Ankunft der japanischen Supercomputern. Bei den japanischen Modellen machte die Art der Prozessoren einen grossen Unterschied: Der SX-3/44R, welcher mit einem Vier-Prozessor Model ausgestattet war, wurde in 1989 als schnellsten Computer der Welt bezeichnet. Einige Jahre später übernahm Fujitsus Supercomputer Numerical Wind Tunnel, welcher einen 166-Vektor Prozessoren benutzte, den ersten Platz (Wikipedia).

Was hat sich verändert bezüglich Architektur, Technologie und Leistung? #

Die Architektur der Supercomputern, Technologie und dessen Leistungen veränderte sich ständig; die Ingenieuren versuchten konstant ihre Computer schneller und effizienter zu entwerfen. Einer der prominentesten Systemen war die Paragon Architektur, welches eine MIMD Maschine war. Sie verband die Prozessoren über ein zweidimensionales high-speed Netz, welches die gleichzeitige Durchführung von mehreren Prozessen auf separaten Netzknoten erlaubte. Supercomputern brauchen sehr viel Energie. Der Cray C90 (1991) brauchte 500kW, aber schon in 2003 brauchte der ASCI Q nur 3kW und war zeitgleich 2’000 mal schneller. Mit dem technologischen Fortschritt nimmt die Leistung und die Effizienz der Supercomputer stetig zu (Wikipedia).

Gibt es Supercomputer in der Schweiz? #

Wo stehen diese? Wie werden sie verwendet? Wie schneiden sie im internationalen Vergleich ab?

Alps-System: Im Jahr 2021 wurde der weltweit schnellste Rechner im Bereich KI in Auftrag gegeben. Das Alps-System soll das GPT-3 Modell sieben Mal schneller erlernen als der bisherige Topcomputer. Dieser Supercomputer wird voraussichtlich dieses Jahr im Hochleistungszentrum CSCS in Lugano stehen. Im Jahr 2022 war es jedoch noch deutlich hinter ihrem Vorgänger.

Dieser Vorgänger des Alps-Systems, namentlich der Piz Daint, war der bisherige Spitzencomputer der Schweiz. Dieser ist seit dem Jahr 2020 nicht mehr in den top 10 der schnellsten Supercomputern weltweit und Stand 2022 auf Platz 26 weltweit.

Die Schweiz hat, neben den erwähnten, noch zwei andere Computer in den Top 500. Der A17A und der Piz Daint Multicore.

Supercomputer auch zu Hause? #

Haben Entwicklungen bei Supercomputer Einflüsse auf unsere Heimgeräte? Werden Heimcomputer schneller? Wieso? (Moore’s Law).

Ja es gibt Supercomputer welche für die Privatperson zugänglich sind. Diese sind z.b. High-end Gamingcomputer, welche mehrere CPU Kernen haben.
In der heutigen Zeit kann man sagen, dass ein Supercomputer nicht wie früher «out-of-reach» ist, da man ihn für etwa 4000.- kaufen kann.
Supercomputer sind so nahe wie möglich an der Grenze der von Menschen produzierbaren Leistung.

Moores Law #

Alle 1.5 Jahre verdoppelt sich die Anzahl von Transistoren im selben Raum. Dies führt zu doppelter Leistung.

Min.Req #

1 CPU mit min. 3.4 GHZ clock speed
64 GB Ram
3080 TI mit 320 Tensor cores
10 TB Storage
1000 W PSU