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14.12.2009
Folge 198

Supercomputer - die ultraschnellen Spezialisten


von Heinz Schmitz

Wettervorhersage, Strömungssimulation, 3-D Animationen sind rechenintensive Prozesse, die normale CPUs überfordern. Supercomputer sind zwar für Textverarbeitung und Datenbankanwendungen ungeeignet, können aber unvorstellbar schnell Multiplizieren und dividieren. Die Hitlister der Schnellsten der Schnellen wird von einem neuen Champion angeführt.

Supercomputer sind ultraschnelle Rechner, die auf die Lösung komplexer mathematischer Matrizen spezialisiert sind (http://de.wikipedia.org/wiki/Supercomputer). Mit unvorstellbarer Geschwindigkeit multiplizieren und dividieren sie unendlich scheinende Massen von Zahlen. Nur mit solchen Rechenmonstern sind Wissenschaftler in der Lage die komplexe Wirklichkeit zu simulieren. Einfach gesagt, ohne die respektvoll Number Cruncher genannten Computer gäbe keine Wettervorhersage und Auto Crashtests könnten nicht im Rechner simuliert werden.

Zweimal im Jahr wird die Liste der 500 Schnellesten der Schnellen veröffentlicht (http://www.top500.org). Dabei kam es bei der November Auswertung zu einer Überraschung: Der Hersteller Cray hat offiziell den Supercomputer-Thron erklommen. Der am Oak Ridge National Laboratory (http://computing.ornl.gov) installierte Rechner Jaguar erreicht nunmehr eine Rechenleistung von 1,75 Petaflops. Damit hat die Superrechner-Raubkatze IBMs Top-System Roadrunner im dritten Anlauf endlich geschlagen.

Aber nicht nur in den USA sind Supercomputer zu Hause. In Jülich ist man ganz stolz. Europaspitze ist einmal mehr Jugene am Forschungszentrum Jülich, diesmal mit Rang vier im weltweiten Vergleich.

Das interessanteste System auf der aktuellen Liste ist aber vielleicht "Tianhe-1", eine Entwicklung der chinesischen National University of Defense Technology (NUDT) (http://english.nudt.edu.cn). Mit einer Kombination aus Intel-CPUs und AMD-Grafikchips holt das System den fünften Rang. Tianhe-1 zählt mit einer Spitzenleistung von über 1,2 Petaflops zum elitären Kreis jener Computer, welche die Grenze von einer Brd. Rechenoperationen pro Sekunde theoretisch knacken. Die mit dem Linpack-Benchmark / http://www.netlib.org/benchmark/linpackjava/)  gemessene Performance im andauernden Betrieb liegt bei immerhin 563,1 Teraflops, was noch vor einem Jahr sogar Rang drei bedeutet hätte.

Der chinesische Supercomputer setzt als zweites Top-Ten-System nach dem Roadrunner am amerikanischen Los Alamos National Laboratory auf den Hybrid-Ansatz aus CPUs und GPUs. Jeder Knoten des Systems besteht dabei aus zwei Intel-Xeon-Prozessoren in Kombination mit zwei ATI-Radeon-GPUs aus dem Hause AMD. Insgesamt bringt es der Rechner damit auf 71.680 Rechenkerne.

Rund ein Jahr ist es her, als Jaguar erstmals nach dem Supercomputer-Thron gegriffen hat. Nach einem Prozessor-Upgrade schafft der Rechner nun theoretisch bis zu 2,3 Petaflops. Damit steht nun erstmals ein Cray-Rechner an der Spitze der 1993 erstveröffentlichten Top-500-Liste - ein Prestigeerfolg für eine Supercomputing-Marke, die in den 70ern und 80ern lange praktisch als Synonym für Höchstleistungsrechner galt.

IBM liegt indes beim Anteil an der Gesamtperformance der Top 500 mit 35,1 Prozent klar in Front, gefolgt von Hewlett-Packard mit 23 Prozent. Beim zahlenmäßigen Anteil an den 500 leistungsstärksten Superrechnern der Welt hat dagegen HP mit 210 Systemen gegenüber 186 von Big Blue die Nase vorn. An dritter Stelle liegt in beiden Statistiken Cray, das ebenso wie IBM zwei der vier absolut leistungsstärksten Superrechner der Welt stellt.

Aber nicht nur an der Spitzer der Supercomputerhitliste tut sich was. Immer öfter finden sich Supercomputer auf dem Schreibtisch. Jeder für Spiele optimierte PC oder jede Spielkonsole hat Supercomputerpower eingebaut. Nicht die eigentliche CPU sonder der Grafikchip, der 3-D Modell in Echtzeit rechnet, ist nichts anders als ein echter Number Cruncher Die Berechnung räumlicher Darstellungen ist nichts anderes als die Lösung von Zahlenfeldern.

In einem Projekt der Technischen Universität München (TUM) wurden für komplexe Berechnungen handelsübliche Grafikkarten eingesetzt. Die Untersuchung galt dem Nachlaufwirbel an Fahrzeugen. Die Ergebnisse der Forscher waren erstaunlich. Ein mehrere hunderttausend Euro teurer Supercomputer braucht für die vollständige Berechnung einer solchen Simulation knapp 60 Stunden. Die gleiche Aufgabe Grafikprozessoren (Graphics Processing Unit, GPU) konnten aufgrund ihrer massiv-parallelen Architektur berechnungsintensive Aufgaben um ein Vielfaches schneller erledigen als herkömmliche Hauptprozessoren.

Basis für den Einsatz von GPUs als Hochleistungsrechensystem ist ihre freie Programmierbarkeit - eine Eigenschaft, die in der Vergangenheit nur Hauptprozessoren besaßen. Um auch Grafikprozessoren programmieren zu können, entwickelte Nvidia die auf C/C++ basierende Programmiersprache CUDA (Compute Unified Device Architecture). CUDA ist frei zugänglich, das Unternehmen stellt die Software kostenlos zum Download zur Verfügung. Die hohe Rechenleistung der Grafikkarten ist durch das Parallelisieren vieler Datenverarbeitungseinheiten auf dem Grafikchip möglich, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen CPUs sehr viel mehr Transistoren für die Berechnung zur Verfügung stehen (http://www.nvidia.de/object/cuda_what_is_de.html).


Die fünf schnellsten der Supercomputer-Hitliste stehen in USA, Deutschland und China.


Das Internet soll amerikanisch bleiben. Streit bei der ICANN


von Peter Welchering

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