Zahlen und Fakten zu den weltschnellsten Computer

Rechnerrennen

Nach wie vor gibt es bei technischen und ökonomischen Simulationen, in der Genforschung oder Astronomie, in der Finanzmathematik oder bei der Wetter- und Klimavorhersage Probleme, für die unsere schnellsten Rechner viel zu langsam sind. Auf der International Supercomputing Conference Ende Juni in Hamburg wurde mit der dort vorgestellten 37. Top-500-Liste nun wieder der aktuell weltschnellste Rechner gekürt: Diesmal ist es ein von Fujitsu gebautes und "K Computer" getauftes System des RIKEN Advanced Institute for Computational Science in Japan, das mit mehr als einer halben Million Cores mehr als 8 Petaflop abarbeiten kann. Erstmals war keiner der ersten zehn Wettbewerber langsamer als ein Petaflop.

Der vormalige Sieger, das chinesische Tianhe-1A-System des National Supercomputing Center in Tianjin landete jetzt mit deutlichem Rückstand (2,6 Petaflop/s) auf Platz zwei. Den Ländervergleich der Petaflop-Betreiber führen die USA mit fünf Systemen an, gefolgt von Japan und China mit je zwei und Frankreich mit einem System. Deutschland hat keinen Petaflop-Computer und deswegen derzeit auch kein System mehr unter den Top-10. Dafür rückt China immer weiter auf: Mittlerweile hat es Japan überholt und hält einen Anteil an den Superrechnern, der etwa dem Europas entspricht und nur von der USA übertroffen wird. 
 
Wie immer ist zu der Rekordliste eine umfangreiche Statistik verfügbar. Aus ihr erfährt man etwa, dass unter den Systemherstellern gemessen an der Anzahl der Systeme unter den 500 schnellsten, souverän IBM (42,40 Prozent) vor HP (31 Prozent) führt. Alle anderen - angefangen bei Cray und gefolgt SGI, Dell und Oracle - haben nur einen einstelligen Anteil. Kumuliert man stattdessen die Rechenleistung pro Hersteller, hat ebenfalls IBM die Nase vorn. 

 
Ähnlich souverän führt Intel die Riege der Prozessorhersteller mit weitem Abstand von knapp 80 Prozent vor AMD (13,2 Prozent). Im K Computer, dem Performance-Sieger, arbeiten allerdings 68544 SPARC64-VIIIfx-CPUs mit jeweils acht Cores. Überhaupt hat sich der Trend zu Multicoresystemen ungebrochen fortgesetzt, Einkern-Prozessoren sind in diesem Umfeld so gut wie ausgestorben, vier Kerne sind der häufigste Fall und auch CPUs mit 8, 10 oder gar 16 Cores drängen in der letzten Zeit verstärkt in das High Performance-Umfeld.
 
Das hat damit zu tun, dass man damit einem der größten Entwicklungshemmnisse der Supercomputer begegnen kann, dem enormen Energieverbrauch. Die derzeit energieeffizienteste x86-CPU schafft rund 400 MFlop pro Watt. Wenn vermutlich so um das Jahr 2018 die nächste Schallmauer durchbrochen wird, würde der dann realisierbare Exaflop-Computer auf dieser Basis 2,5 Gigawatt Energie benötigen. Das ist mehr als zwei typische Atomkraftwerke liefern oder das beeindruckende Wasserkraftwerk im ägyptischen Assuan-Staudamm produziert. Weil man nun nicht neben jeden Supercomputer ein Kraftwerk bauen kann, allein schon aus Kostengründen, und weil diese enorme Menge an Energie, die sich zum Großteil in Wärme verwandelt, auch nicht mehr abgeführt werden könnte, sind hier ganz neue Lösungsansätze nötig, um das Tempo beibehalten zu können. Das Ziel der amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ist es, in den nächsten acht Jahren auf 50 GFlops pro Watt zu kommen, dann käme der Gigflop-Rechner mit 20 MW aus.
 
Multicoresysteme gehören deswegen zum Lösungsportfolio, weil sie es dank der möglichen Parallelisierung erlauben, die Rechenleistung bei moderater Taktfrequenz und damit gebremsten Energieverbrauch zu steigern. Einfachere Prozessoren mit noch geringeren Taktraten, die dafür verstärkt Verfahren der Vektor- und Single Instruction, Multiple Data-Parallelisierung nutzten, versprächen zwar noch mehr Energieeffizienz, wären aber nicht so gut für die typischen Single-Thread-Anwendungen des Massenmarkt-PCs optimiert und schwerer zu programmieren. Daher wird man auch in Zukunft einen heterogenen CPU-Mix in Hochleistungsrechnern finden, ergänzt mit GPU-Beschleuniger, die immer leistungsfähiger werden.
Hoffnung macht zumindest, dass die derzeit schnellsten Rechner auch die Energie am besten nutzen.
 

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