Supercomputer
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
![Der Columbia-Supercomputer der NASA mit 20 x 512 Intel-Itanium-2-Prozessoren)](../../../upload/shared/thumb/1/1f/Columbia_Supercomputer_-_NASA_Advanced_Supercomputing_Facility.jpg/180px-Columbia_Supercomputer_-_NASA_Advanced_Supercomputing_Facility.jpg)
![Logik-Recheneinheit des Cray-1-Rechners](../../../upload/shared/thumb/8/80/EPFL_CRAY-I_3.jpg/180px-EPFL_CRAY-I_3.jpg)
Als Supercomputer oder 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.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] 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 Biologie, Chemie, Geologie, Luft- und Raumfahrt, Medizin, Wetter- sowie Klimaforschung, Militär und Physik.
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 dem eventuellen „Wissenvorsprung“ für die Menschheit gerechtfertigt, weniger aus den Aspekten des allgemeinen technischen Fortschritts.
[Bearbeiten] Ausgewählte Supercomputer (weltweit)
Name | Standort | TeraFLOPS | Konfiguration | Zweck |
BlueGene/L | Lawrence Livermore National Laboratory Livermore (USA) | 280,6 | 131.072 PowerPC 440-Prozessoren 700 MHz , 32.768 GB RAM | Physikalische Simulationen |
Blue Gene Watson | IBM Thomas J. Watson Research Center (USA) | 91,29 | 40.960 PowerPC 440 Prozessoren | Forschungsabteilung von IBM, aber auch Anwendungen aus Wissenschaft und Wirtschaft |
ASCI Purple | Lawrence Livermore National Laboratory 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 (Deutschland) | 37,33 | 16.384 PowerPC 440-Prozessoren 700 MHz, 4096 GB RAM | Materialwissenschaften, theoretische Chemie, Elementarteilchenphysik, Umwelt, Astrophysik |
Earth Simulator | Yokohama Institute for Earth Sciences (Japan) | 35,86 | 5120 500 MHz NEC SX-6 CPUs, 10 TB RAM | Klimamodellierung |
MareNostrum | Universitat Politècnica de Catalunya (Spanien) | 27,91 | 4812 PowerPC 970 2,2 GHz | Klima- und Genforschung, Pharmazie |
HLRB II | LRZ Garching (Deutschland) | 26,2 | 4096 CPUs 1,6 GHz Intel Itanium 2 (Madison 9M), 17,5 TB RAM | Naturwissenschaften, Astrophysik und Materialforschung |
ASCI Q | Los Alamos National Laboratory (New Mexico, USA) | 13,88 | 8192 DEC Alpha EV68 CPUs, 12 TB RAM | Simulation |
System X oder alt: Terascale Cluster | Virginia Polytechnic Institute and State University (USA) | 12,25 | 1100 Dual 2,3 GHz Apple Xserve G5 (IBM PPC970FX CPU), 4,4 TB RAM | Quantenchemie, Simulationen, Nanoelektronik und weitere |
NEC SX-8/576M72 | Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) | 8,92 (nur Vektorteil) | 576 CPUs 2 GHz SX-8, 9216 GB RAM | Ingenieurwissenschaftliche Anwendungen, Physik, Chemie, Lebenswissenschaften, Nutzung durch Industrie, CFD |
Albert2 | BMW Sauber F1 Team / Hinwil (Schweiz) | 12.2 | 512 CPU Intel Xeon 5160-Prozessoren (DualCore) 1.024 Kerne;2.048 GB RAM | Computergestützte Strömungssimulation (CFD) |
MCR Linux Cluster | Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore (USA) | 7,63 | 2304 Intel 2,4 GHz Xeon CPUs, 4,6 TB RAM | Simulation von Nuklearwaffen |
[Bearbeiten] Ausgewählte Supercomputer (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 |
HLRB II | LRZ Garching | 26,2 | 4096 CPUs 1,6 GHz Intel Itanium2 Madison 9M, 17,5 TB RAM | Naturwissenschaften, Astrophysik und Materialforschung |
HP XC4000 | Höchstleistungsrechner-Kompetenzzentrum Baden-Württemberg (hkz-bw), Karlsruhe | über 15 | AMD Opteron, 12 TB RAM | Physikalische Simulationen |
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 | |
ALiCEnext | Bergische Universität Wuppertal | 2,08 | 1024 CPUs 1,8 GHz Opteron | Wissenschaftliche Anwendungen |
HHLR (Hessischer Hochleistungsrechner) | Technische Universität Darmstadt | 2,05 (siehe Diskussion) | 584 CPUs 1,5 – 1,9 GHz Power4 und Power5 | Wissenschaftliche Anwendungen |
Hitachi SR8000-F1/168 | LRZ Garching | 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 | TU Chemnitz | 0,2216 | 528 Pentium-III-Prozessoren (800 Mhz), 264 GB SDRAM | im Wesentlichen Forschung auf dem Gebiet der Physik an der TU-Chemnitz |
CHiC Cluster (IBM x3455) | TU Chemnitz | 8,0 (vorläufig) | 530 Dual-CPU, Dual-Core 64 bit AMD Opteron 2218 (2600 MHz) | Modellierung und numerische Simulation |
Kepler-Cluster | Tübingen | 0,096 | 196 Pentium-III-Prozessoren mit 650 MHz, 100 GB RAM | Astrophysik und Strömungsmechanik, Entwicklung stabiler numerischer Verfahren |
ARMINIUS | Universität Paderborn | Rmax=?, Rpeak=2.6 | 400 CPUs 64-bit INTEL Xeon |
[Bearbeiten] Die schnellsten Supercomputer ihrer Zeit
Jahr | Supercomputer | Spitzengeschwindigkeit | Ort |
---|---|---|---|
1906 | Babbage Analytical Engine, Mill | 0,3 OPS | RW Munro, Woodford Green, Essex, England |
1928 | IBM 301[1] | 1,7 OPS | verschiedene Orte weltweit |
1931 | IBM Columbia Difference Tabulator[2] | 2,5 OPS | Columbia University |
1942 | Atanasoff-Berry Computer (ABC) | 30 OPS | Iowa State University, Ames (Iowa), USA |
TRE Heath Robinson | 200 OPS | Bletchley Park, Milton Keynes, England | |
1943 | Flowers Colossus | 5 kOPS | |
1946 |
UPenn ENIAC (vor den Modifikationen von 1948+) |
50 kOPS | Aberdeen Proving Ground, Maryland, USA |
1954 | IBM NORC | 67 kOPS | U.S. Naval Proving Ground, Dahlgren, Virginia, USA |
1956 | MIT TX-0 | 83 kOPS | Massachusetts Inst. of Technology, Lexington, Massachusetts, USA |
1958 | IBM SAGE | 400 kOPS | 25 U.S. Air Force-Stützpunkte in den USA und ein Ort in Kanada (52 Computer) |
1960 | UNIVAC LARC | 500 kFLOPS | Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, USA |
1961 | IBM 7030 "Stretch" | 1,2 MFLOPS | Los Alamos National Laboratory, New Mexico, USA |
1964 | CDC 6600 | 3 MFLOPS | Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, USA |
1969 | CDC 7600 | 36 MFLOPS | |
1974 | CDC STAR-100 | 100 MFLOPS | |
1975 | Burroughs ILLIAC IV | 150 MFLOPS | NASA Ames Research Center, Kalifornien, USA |
1976 | Cray-1 | 250 MFLOPS | Los Alamos National Laboratory, New Mexico, USA (weltweit über 80 Mal verkauft) |
1981 | CDC Cyber 205 | 400 MFLOPS | verschiedene Orte weltweit |
1983 | Cray X-MP/4 | 941 MFLOPS | Los Alamos National Laboratory; Lawrence Livermore National Laboratory; Battelle; Boeing |
1984 | M-13 | 2,4 GFLOPS | Scientific Research Institute of Computer Complexes, Moskau, UdSSR |
1985 | Cray-2/8 | 3,9 GFLOPS | Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, USA |
1989 | ETA10-G/8 | 10,3 GFLOPS | Florida State University, Florida, USA |
1990 | NEC SX-3/44R | 23,2 GFLOPS | NEC Fuchu Plant, Fuchu, Japan |
1993 | Thinking Machines CM-5/1024 | 65,5 GFLOPS | Los Alamos National Laboratory; National Security Agency |
Fujitsu Numerical Wind Tunnel | 124,50 GFLOPS | National Aerospace Laboratory, Tokio, Japan | |
Intel Paragon XP/S 140 | 143,40 GFLOPS | Sandia National Laboratories, New Mexico, USA | |
1994 | Fujitsu Numerical Wind Tunnel | 170,40 GFLOPS | National Aerospace Laboratory, Tokio, Japan |
1996 | Hitachi SR2201/1024 | 220,4 GFLOPS | Universität Tokio, Japan |
1996 | Hitachi/Tsukuba CP-PACS/2048 | 368,2 GFLOPS | Center for Computational Physics, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan |
1997 | Intel ASCI Red/9152 | 1,338 TFLOPS | Sandia National Laboratories, New Mexico, USA |
1999 | Intel ASCI Red/9632 | 2,3796 TFLOPS | |
2000 | IBM ASCI White | 7,226 TFLOPS | Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, USA |
2002 | NEC Earth Simulator | 35,86 TFLOPS | Earth Simulator Center, Yokohama-shi, Japan |
2004 | SGI Project Columbia | 42,7 TFLOPS | Project Columbia, NASA Advanced Supercomputing Facility, USA |
2004 | IBM BlueGene/L | 70,72 TFLOPS | U.S. Department of Energy/IBM, USA |
2005 | 136,8 TFLOPS | U.S. Department of Energy/U.S. National Nuclear Security Administration, Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, USA |
[Bearbeiten] 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 Universität Tokio auf 1,24 Billionen Stellen genau.
[Bearbeiten] Weblinks
Commons: Supercomputer – Bilder, Videos und/oder Audiodateien |
- TOP500 Liste der leistungsstärksten Supercomputer
- The International Conference for High Performance Computing and Communications
- Internationale Supercomputerkonferenz in Heidelberg
- Chemnitz High-Performance Linux Cluster (CHiC)
- Kepler-Cluster an der Universität Tübingen
- CRAY-Seiten des ComputerMuseums München