Supercomputer

Als Supercomputer bzw. Superrechner 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.

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 realitätsnäher 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 2006)

Name	Standort	TeraFLOPS	Konfiguration	Zweck
BlueGene/L	Livermore (USA)	280,6	131.072 PowerPC440-Prozessoren 700 MHz, 32.768 GB RAM	Physikalische Simulationen
Blue Gene Watson	IBM Thomas J. Watson Research Center (USA)	91,29	40.960 Prozessoren	Forschungsabteilung von IBM, aber auch Anwendungen aus Wissenschaft und Wirtschaft
ASCI Purple	Livermore (USA)	75,76	12.208 Power5 CPUs, 48.832 GB RAM	Physikalische Simulationen (z.B. Atomwaffensimulationen)
Columbia	NASA Ames Research Center (Silicon Valley, Kalifornien, USA)	51,87	10.160 Intel Itanium 2 Prozessoren (Madison Kern)	Klimamodellierung, astrophysikalische Simulationen
JUBL (Jülicher BlueGene/L)	Forschungszentrum Jülich	37,33	16.384 PowerPC440-Prozessoren 700 MHz, 4096 GB RAM	Materialwissenschaften, theoretische Chemie, Elementarteilchenphysik, Umwelt, Astrophysik
Earth Simulator	Yokohama (Japan)	35,86	5120 500MHz NEC CPU, 10TB RAM	Klimamodellierung
MareNostrum	Barcelona (Spanien)	27,91	4812 PowerPC970 2.2 GHz	Klima- und Genforschung, Pharmazie
ASCI Q	Los Alamos (USA)	13,88	8192 Alpha-CPUs, 12TB RAM	Simulation
System X oder alt: Terascale Cluster	Virginia (USA)	12,25	1100 Dual 2.3 GHz Apple Xserve G5 (IBM PPC970FX CPU), 4,4 TB RAM	Quantenchemie, Simulationen, Nanoelektronik und weitere
MCR Linux Cluster	Livermore (USA)	7,63	2304 Intel 2.4 GHz Xeon CPUs, 4,6TB RAM	Simulation von Nuklearwaffen
ASCI White	Livermore (USA)	7,3	8192 375MHz IBM RS/6000 SP Power3, 6TB RAM	Simulation von Nuklearwaffen

deutschlandweit

Name	Standort	TeraFLOPS	Konfiguration	Zweck
JUBL (Jülicher BlueGene/L)	Forschungszentrum Jülich	37,33	16.384 PowerPC440-Prozessoren 700 MHz, 4096 GB RAM	Materialwissenschaften, theoretische Chemie, Elementarteilchenphysik, Umwelt, Astrophysik
NEC SX8/576M72	Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS)	8,92 (nur Vektorteil)	576 CPUs 2 GHz SX-8, 9216 GB RAM	Ingenieurwissenschaftliche Anwendungen, Physik, Chemie, Lebenswissenschaften, Nutzung durch Industrie
JUMP (IBM pSeries 690-Knoten)	Forschungszentrum Jülich	5,57	1312 CPUs 1,7 GHz Power4+, 5000 GB RAM	Materialwissenschaften, theoretische Chemie, Elementarteilchenphysik, Umwelt, Astrophysik
IBM eSeries p5 575-Knoten	Max-Planck-Gesellschaft MPI/IPP Garching	4,56	688 CPUs 1,7 GHz Power5, 2816 GB RAM	Physikalische Simulationen, z.B. die Millennium-Simulation
IBM eSeries p5 575-Knoten	Deutscher Wetterdienst	2,75	416 CPUs 1,9 GHz Power5
Hitachi SR8000-F1/168	Leibniz-Rechenzentrum in Garching bei München	1,65	1512 CPUs, 1376 GB RAM	vektorisierbare Programme, 2006 stillgelegt
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 GB 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.
in einem angenommenen Balkendiagramm, in welchem 1 Millimeter Balkenlänge für 100 MegaFLOPS stehen, wäre der entsprechende Balken für 100 TeraFLOPS 1 Kilometer groß.
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.

Weblinks