Supercomputer

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Als Supercomputer werden Hochleistungsrechner bezeichnet, die zum Zeitpunkt ihrer Einführung im obersten realisierbaren Leistungsbereich operieren. Ein typisches Merkmal eines Supercomputers ist seine große Anzahl an Prozessoren, die auf einen sehr großen Hauptspeicher zugreifen.

Seit geraumer Zeit etablieren sich vermehrt sog. Cluster, bei denen eine große Anzahl von (meist preiswerten) Einzelrechnern zu einem großen Rechner vernetzt werden.

Eng verbunden mit dem Begriff Supercomputer ist die Firma Cray. Sie ist benannt nach ihrem Gründer Seymour Cray und stellte die ersten Supercomputer in den 1970er Jahren her. Der erste offiziell installierte Supercomputer Cray-1 schaffte 1976 130 MegaFLOPS. Zum Vergleich, ein normaler PC kann heutzutage mehrere GigaFLOPS ausführen.

Die schnellsten Supercomputer werden halbjährlich in der Top-500 Liste aufgeführt. Als Bewertungsgrundlage dient der Linpack-Benchmark.

Inhaltsverzeichnis

Einsatzzweck von Supercomputern

Die Herstellungskosten eines Supercomputers aus der TOP10 bewegen sich derzeit in einem sehr hohen zweistelligen oftmals bereits dreistelligen Euro-Millionenbetrag. Nach oben sind dabei keine Grenzen gesetzt. Für den in Planung stehenden neuen Supercomputer im Bereich um 10 PFLOPS werden derzeit fast 700 Millionen Euro veranschlagt. Bei diesen enormen Investitionssummen stellt sich zwangsläufig die Frage wofür diese sehr teuren Geräte benötigt werden und ob sich die Investition in die Entwicklung eines solchen Gerätes, außer aus reinen Prestigegründen, rentiert.

Die heutigen Supercomputer werden überwiegend zu Simulationszwecken eingesetzt. Je realitätsnaher eine Simulation komplexer Zusammenhänge wird, desto mehr Rechenleistung wird in der Regel benötigt. Der Vorteil der Supercomputer ist außerdem, daß sie durch ihre extrem schnelle und große Rechenleistung immer mehr Interdependenzen berücksichtigen können. Dies erlaubt also das Einbeziehen immer weiterreichender oftmals auch unscheinbarer Neben- oder Randbedingungnen zur eigentlichen Simulation und gewährleistet dadurch ein immer aussagekräftigeres Gesamtergebnis.

Die derzeitigen Haupteinsatzgebiete der Supercomputer umfassen dabei die Bereiche:

Bis auf das Militär, welches hauptsächlich militärische Planspiele betreibt, kennzeichnen sich die Bereiche dadurch, daß es sich um sehr komplexe Systeme bzw. Teilsysteme handelt, die in weitreichendem Maße miteinander verknüpft sind. So haben Veränderungen in dem einen Teilsystem meist mehr oder minder starke Auswirkungen auf benachbarte oder angeschlossene Systeme. Durch den Einsatz von Supercomputern wird es immer leichter möglich viele solcher Konsequenzen zu berücksichtigen oder sogar zu prognostizieren, wodurch bereits weit im Vorfeld etwaige Gegenmaßnahmen getroffen werden könnten. Dies gilt z.B. bei Simulationen zum Klimawandel, der Vorhersagen von Erdbeben oder Vulkanausbrüchen sowie in der Medizin bei der Simulation neuer Wirkstoffe auf den Organismus. Die enormen Investitionsummen in die stetige Steigerung der FLOPS und damit die Entwicklung von immer schnelleren Supercomputern werden vor allem mit den Nutzenvorteilen und den eventuellen "Wissenvorsprung" für die Menschheit gerechtfertigt, weniger aus den Aspekten des allgemeinen technischen Fortschritts.

Ausgewählte Supercomputer

weltweit (Stand 2005)

Name Standort TeraFLOPS Konfiguration Zweck
BlueGene/L Livermore (USA) 136,7 65.536 PowerPC440-Prozessoren 700 MHz IBM Physikalische Simulationen
Columbia NASA Ames Research Center (Silicon Valley, Kalifornien, USA) 51,87 10.240 Intel Itanium 2 Prozessoren (Madison Kern) Klimamodellierung, astrophysikalische Simulationen
Earth Simulator Yokohama (Japan) 35,86 5120 500MHz NEC CPU, 10TiB RAM Klimamodellierung
MareNostrum Barcelona (Spanien) 20,53 Derzeit 3564 Prozessoren PowerPC970 2.2 GHz Klima- und Genforschung, Pharmazie
ASCI Q Los Alamos (USA) 20 11968 Alpha-CPUs, 12TiB RAM Simulation
System X oder alt: Terascale Cluster Virginia (USA) 12,3 1100 Dual 2.3 GHz Apple Xserve G5 (IBM PPC970FX CPU), 4,4 TiB RAM Quantenchemie, Simulationen, Nanoelektronik und weitere
ASCI White Livermore (USA) 12,3 8192 375MHz IBM RS/6000 SP Power3, 6TiB RAM Simulation von Nuklearwaffen
MCR Linux Cluster Livermore (USA) 11,1 2304 Intel 2.4 GHz Xeon CPUs, 4,6TiB RAM Simulation von Nuklearwaffen

deutschlandweit

Name Standort TeraFLOPS Konfiguration Zweck
p690-Knoten 1,7 GHz Forschungszentrum Jülich 8,9 1312 CPUs 1.7 GHz Power4+, 5000 GB RAM Materialwissenschaften, theoretische Chemie, Elementarteilchenphysik, Umwelt, Astrophysik
pSeries 690 Turbo 1.3 GHz MPI Rechenzentrum Garching 4,2 822 CPUs 1.3 GHz Power4, 1800 GiB RAM Zur Berechnung im Bereich der Plasmaphysik
Hitachi SR8000-F1/112 Leibniz Rechenzentrum in München 2 1344 CPUs, 1376 GiB RAM vektorisierbare Programme
NEC SX-6 Deutsches Klimarechenzentrum 1,5 192 Vektor-CPUs, 1.5 TB RAM Klimamodellierung
Beowulf-Cluster CLIC Chemnitz 0,2216 528 Pentium-III-Prozessoren (800 Mhz), 264 GiB SDRAM im Wesentlichen Forschung auf dem Gebiet der Physik an der TU-Chemnitz
Kepler-Cluster Tübingen 0,096 196 Pentium-III-Prozessoren mit 650 MHz, 100 GB RAM Astrophysik und Strömungsmechanik, Entwicklung stabiler numerischer Verfahren

Leistungen von Supercomputern

(im weiteren Sinne)

  • zum Vergleich: sämtliche Berechnungen aller Computer weltweit von 1960 bis 1970 könnte der Earth Simulator in etwa 35 Minuten durchführen.
  • Deep Blue 2 (Hochleistungsrechner von IBM) schlägt als erster Computer einen Schachweltmeister in einem offiziellen Zweikampf.
  • Yasumasa Kanada bestimmt die Kreiszahl Pi mit einem Hitachi SR8000 der Uni Tokyo auf 1,24 Billionen Stellen genau.

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