Supercomputer: Die schnellsten Rechner der Welt

Kurz: Supercomputer verbinden Zehntausende Prozessoren und GPUs zu einem Rechner, der Simulationen und KI-Training in nie dagewesener Geschwindigkeit ausführt.

Genauer: Ein Supercomputer ist kein einzelner Superprozessor, sondern ein Cluster aus sehr vielen normalen Servern (Knoten), schnell vernetzt und gemeinsam programmiert. Gemessen wird die Leistung in FLOPS (Gleitkommaoperationen pro Sekunde). Aktuelle Spitzensysteme erreichen Exaflops, also über 10¹⁸ Rechenschritte pro Sekunde.

Im Detail

Aufbau

• Knoten mit mehreren CPUs und meist vielen GPUs als Beschleunigern.
• Schnelles Netzwerk (InfiniBand, Slingshot) mit sehr geringer Latenz.
• Paralleles Dateisystem (Lustre, GPFS), das viele Knoten gleichzeitig bedienen kann.
• Kühlung: meist direkte Flüssigkeitskühlung; der Stromverbrauch liegt im zweistelligen Megawattbereich.
• Betriebssystem: fast immer Linux. Eine Job-Verwaltung (Slurm) verteilt die Aufträge.

Wofür sie genutzt werden

Wettervorhersage und Klimamodelle, Strömungs- und Crashsimulation, Medikamentenforschung, Astrophysik, Materialforschung, Kernfusion und das Training großer KI-Modelle. Programmiert wird mit MPI (Nachrichtenaustausch zwischen Knoten), OpenMP (Threads), CUDA und anderen GPU-Modellen.

Ranglisten

Die TOP500-Liste erscheint zweimal im Jahr und bewertet mit dem Benchmark LINPACK. Der Benchmark HPCG und die Green500-Liste (Energieeffizienz) ergänzen sie. In Deutschland stehen große Systeme zum Beispiel in Jülich (JUPITER, europäischer Exascale-Rechner), München (LRZ) und Stuttgart (HLRS).

Einordnung

Ein heutiges Smartphone erreicht Billionen Rechenschritte pro Sekunde, der Unterschied zum Supercomputer liegt bei einem Faktor von mehreren Millionen. Der Zugang erfolgt über Anträge von Forschenden. Cloud-Anbieter bieten ähnliche Cluster mietbar an. Für die meisten Aufgaben genügt aber ein normaler Rechner oder Server.

Siehe auch: Parallel und HPC, Linux