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Redaktion: Heinz Schmitz


USA bauen zwei neue Flaggschiff-Supercomputer

Das Energieministerium der USA plant den Bau zweier GPU-beschleunigter Supercomputer. Es wird erwartet, dass die Systeme über eine dreimal höhere Leistungsfähigkeit verfügen als das aktuell schnellste System. Die Welt macht dadurch einen weiteren, großen Schritt in Richtung Exascale-Computing. Die Supercomputer werden im Jahr 2017 installiert und basieren auf Next-Generation-IBM-POWER-Servern mit NVIDIA-Tesla-GPU-Beschleunigern sowie der High-Speed-GPU-Interconnect-Technologie NVIDIA NVLink. Das „Summit”-System am Oak Ridge National Laboratory wird zwischen 150 und maximal 300 Petaflops leisten und für die freie Wissenschaft eingesetzt werden. Mit einer Spitzenleistung von mehr als 100 Petaflops wird das „Sierra“-System eine Schlüsselfunktion am Lawrence Livermore National Laboratory für die nationale Atomsicherheit übernehmen. Beide Rechner werden beträchtlich schneller sein als der aktuelle US-Spitzenreiter „Titan“ in Oak Ridge mit maximal 27 Petaflops und der momentan weltweit schnellste Supercomputer „Tianhe-2“ im Chinesischen National Super Computer Center in Guangzhou mit maximal 55 Petaflops.

 

“Die heutige Wissenschaft ist die Technologie von morgen”, sagt Jen-Hsun Huang, CEO und Mitbegründer von NVIDIA. „Wissenschaftler nehmen sich gewaltiger Herausforderungen an, auf Quanten-Ebene, über das Weltumfassende bis hin zum Galaktischen. Ihre Arbeit vertraut auf stetig leistungsfähiger werdende Supercomputer. Durch die Einführung der GPU-Beschleunigung haben wir den Weg zu Exascale-Computing geebnet und geben Wissenschaftlern ein Werkzeug für unglaubliche Entdeckungen in die Hand.“ Die Vereinigten Staaten investieren in Summit und Sierra, um bahnbrechende Entdeckungen zu machen, die unter anderem dazu führen,

  • eine größere Energieunabhängigkeit der USA zu etablieren,
  • neue Ansätze bei der Eindämmung des Klimawandels hervorzubringen,
  • dramatischen Verbesserungen bei der Benzin-Effizienz und bei der Voraussage von Naturkatastrophen zu erreichen,
  • sicherere Aufbewahrungsorte für radioaktive Materialien zu schaffen und
  • ökonomische Wettbewerbsfähigkeit zu garantieren.

Die Systeme repräsentieren den ersten großen Meilenstein in der fortlaufenden Partnerschaft zwischen IBM und NVIDIA. Sie baut auf der OpenPOWER Foundation auf, einer offenen Entwicklergemeinschaft. Die OpenPOWER Foundation wurde gegründet, um Next-Generation-Computing-Lösungen für Kunden aus den Bereichen High Performance Computing und Enterprise Data Center zu liefern. Die Supercomputing-Gemeinschaft arbeitet seit vielen Jahren daran, Exascale-Systeme bauen zu können, die eine Trillion – eine Milliarde Milliarde oder 1018 – Fließkommaberechnungen, auch bekannt als FLOPS, pro Sekunde bewältigen. Ein FLOP ist das Äquivalent zu einer einzelnen mathematischen Berechnung, wie zum Beispiel die Multiplikation von zwei Zahlen. Summit und Sierra sind aufgrund einer Vielzahl bahnbrechender Technologien der nächste große Schritt auf dem Weg, den Exascale-Computing-Level zu erreichen.

 

Eine ist der NVIDIA NVLink High-Speed GPU Interconnect, der in Systemen mit NVIDIA-GPUs und IBM-POWER-CPUs integriert werden wird. Mit NVLink tauschen GPUs und CPUs Daten bis zu zwölfmal schneller aus als heute. NVLink wurde dazu entworfen, Supercomputer zu ermöglichen, die 50- bis 100-mal schneller sind als die heutigen schnellsten Systeme.

 

Die Rechner werden außerdem mit NVIDIA’s zukünftiger GPU-Architektur Volta ausgestattet sein, die beträchtlich höhere Leistung liefert als die aktuelle Maxwell-Architektur und das darauffolgende Pascal-Design. NVIDIA-GPUs liefern deutlich höhere Rechenleistung als alle anderen aktuell erhältlichen Komponenten und sind bei Summit und Sierra für mehr als 90 Prozent der maximalen Fließkommarechenleistung verantwortlich. „Unsere Nutzer arbeiten an den komplexesten wissenschaftlichen Probleme und benötigen leistungsfähige Computer, um die nationalen Ziele zu erreichen“, sagt Buddy Bland, Project Director of the Oak Ridge Leadership Computing Facility am Oak Ridge National Laboratory. „Die prognostizierte Leistung von Summit wäre ohne die Kombination dieser Technologien nicht möglich. Sie geben unseren Anwendern ein außergewöhnlich starkes Werkzeug in die Hand, um diese Ziele zu verwirklichen.“

 

Wie schon Titan adressiert Summit die offene Wissenschaft. Das bedeutet, dass Wissenschaftler weltweit die Möglichkeit bekommen, Zeit auf dem System zu buchen. Gleichzeitig setzt Summit auch eine neue Messlatte für energieeffizientes Computing, indem der Supercomputer zehnmal höhere Leistung als Titan liefert, gleichzeitig aber nur zehn Prozent mehr Energie benötigt.

 

Sierra bietet eine zehnmal höhere Compute-Leistung als “Sequoia“, das mit 20 Petaflops aktuell schnellste System bei Lawrence Livermore. Sierra wird für das National Nuclear Security Administration’s Program eingesetzt werden, um Sicherheit und Effektivität der nationalen nuklearen Abschreckung zu gewährleisten, ohne, dass Tests durchgeführt werden müssen. Darüber hinaus dient er zur Unterstützung der Anstrengungen zur Nichtverbreitung von Atomwaffen.

 

Exascale-Computer nehmen sich der zukünftigen Forschung verschiedenster Wissenschafts-, Engineering- und Industriebereiche an. Zum Beispiel ermöglichen sie die Arbeit an Heilmitteln für Krankheiten, bieten Einblicke in das menschliche Gehirn, helfen bei der Abschwächung der Auswirkungen des Klimawandels und verbessern unser Verständnis über den Ursprung des Universums. Eine fundamentale Herausforderung bei der Verwirklichung von Exascale-Systemen ist das Erreichen von höheren Leistungslevel bei gleichzeitiger Minimierung des Energieverbrauchs. GPUs sind speziell für diese Aufgabe optimal geeignet. Ein Exascale-System bestehend aus NVIDIAs aktuellen GPUs, würde fünfmal weniger Energie verbrauchen als ein CPU-basiertes x86-System. Systemhersteller können so deutlich energieeffizientere Leistung realisieren.

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