Top 10 Supercomputer

Wenn jemand „ Supercomputer “ sagt , springen Ihre Gedanken vielleicht zu Deep Blue, und Sie wären nicht allein. IBMs Silizium-Schachzauberer besiegte 1997 Großmeister Gary Kasparov und festigte ihn als einen der berühmtesten Computer aller Zeiten (einige Kontroversen um den Sieg trugen auch dazu bei). Deep Blue war jahrelang das öffentliche Gesicht von Supercomputern, aber es ist kaum der einzige allmächtige künstliche Denker auf dem Planeten. Tatsächlich nahm IBM Deep Blue kurz nach dem historischen Sieg auseinander! In jüngerer Zeit hat IBM mit Watson, der „Jeopardy!“ besiegte, Supercomputing-Geschichte geschrieben. Champions Ken Jennings und Brad Rutter in einem besonderen Match.

So brillant sie auch waren, weder Deep Blue noch Watson konnten es mit der Rechenleistung der Systeme auf der TOP500-Liste vom November 2013 aufnehmen. TOP500 nennt sich selbst eine Liste der „500 leistungsstärksten uns bekannten kommerziell erhältlichen Computersysteme“. Die Supercomputer auf dieser Liste sind eine Reminiszenz an die frühen Computer der 1950er Jahre – die ganze Räume einnahmen – außer dass moderne Computer Racks mit hochmoderner Hardware verwenden, um Petaflops an Rechenleistung zu produzieren .

Ihr Heimcomputer läuft wahrscheinlich auf vier Prozessorkernen. Die meisten der heutigen Supercomputer verwenden Hunderttausende von Kernen, und der oberste Eintrag hat mehr als 3 Millionen.

TOP500 stützt sich derzeit auf den Linpack-Benchmark, der einen Computer mit einer Reihe linearer Gleichungen füttert, um seine Verarbeitungsleistung zu messen, obwohl eine alternative Testmethode in Arbeit ist. Die Liste vom November 2013 sieht Chinas Tianhe-2 an der Weltspitze. Alle sechs Monate veröffentlicht TOP500 eine Liste, und ein paar neue Computer steigen in die Reihen der schnellsten der Welt auf. Hier sind die Champions von Anfang 2014. Lesen Sie weiter, um zu sehen, wie sie ihre elektronischen Fähigkeiten einsetzen.

1. SuperMUC (Deutschland)
2. Vulkan (Vereinigte Staaten)
3. JuQUEEN (Deutschland)
4. Stampede (Vereinigte Staaten)
5. Piz Daint (Schweiz)
6. Mira (Vereinigte Staaten)
7. K-Computer (Japan)
8. Mammutbaum (USA)
9. Titan (USA)
10. Tianhe-2 (China)

Der SuperMUC arbeitet dank rund 150.000 Prozessorkernen mit 2,9 Petaflops. Trotz dieser unglaublichen Rechenleistung wurde es von Platz 4 auf der Liste vom Juni 2012 bis auf Platz 10 geschoben. Es ist eines von mehreren IBM-Systemen, die es auf die Liste geschafft haben, aber der SuperMUC ist in mehrfacher Hinsicht einzigartig. Der SuperMUC befindet sich im deutschen Leibniz Supercomputing Centre und verwendet ein neues Heißwasser-Kühlsystem, um das Gehirn des Computers vor dem Braten zu bewahren, während er Milliarden und Abermilliarden von Operationen durchführt.

Effizienz ist das, was den SuperMUC wirklich auszeichnet: Laut IBM ist er 40 Prozent energieeffizienter als ein luftgekühltes System. Sie behaupten, dass Wasser Wärme 4.000-mal effizienter abführt als Luft. Dank modernster Hardware ist der SuperMUC Deutschlands zweitschnellster Supercomputer. Tatsächlich ist er der drittschnellste Supercomputer in Europa und fast doppelt so schnell wie die Nummer 10 des Vorjahres.

Vulcan ist der erste von vier Computern in den Top 10, die auf IBMs leistungsstarker BlueGene/Q-Plattform mit Power BQC 16-Kern-Prozessoren mit 1,6 GHz laufen. Dieses Kraftpaket übertrifft den vorherigen Eintrag um mehr als ein Petaflop und erreicht mit seinen fast 400.000 Kernen eine Leistung von 4,3 Petaflops.

Dieser Supercomputer ist einer von zwei der Top 10, die bei der National Nuclear Security Administration (NNSA) des US-Energieministeriums im Livermore National Laboratory (LLNL) in Kalifornien betrieben werden . Mitte 2013 stellte das Labor US-Unternehmen Computerzeit auf Vulcan für die gemeinsame Arbeit an Projekten zur Verfügung, die den wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt steigern, die Wettbewerbsfähigkeit der USA verbessern und die Belegschaft für Hochleistungsrechnen (HPC) verbessern werden, alles im Austausch für einen Anteil der Betriebskosten. Vulcan ist auch für die Zusammenarbeit mit akademischen und Forschungseinrichtungen in Bereichen wie Energie, Sicherheit, Atmosphärenwissenschaften und Biowissenschaften vorgesehen.

JuQUEEN läuft auch auf der IBM BlueGene/Q-Plattform mit einer maximalen Leistung von 5 Petaflops auf etwa 459.000 Kernen. Während viele Computer auf der Liste in den letzten Jahren existierten, wurde JuQUEEN 2012 als Ersatz für ein anderes System, JUGENE, gebaut, das das neuntschnellste System auf den TOP500 im November 2010 war.

Forscher der Forschungsallianz Jülich-Aachen können Vorschläge für Projekte einreichen, die die Verwendung einiger Kerne von JuQUEEN rechtfertigen, und können bei Genehmigung einige Zeit mit einem der leistungsstärksten Supercomputer der Welt verbringen. Zeit auf diesem und zwei weiteren leistungsstarken deutschen Supercomputern, SuperMUC und HERMIT (Platz 39 auf der TOP500-Liste), kann über das Gauss Center for Supercomputing (GCS) und die Partnership for Advance Computing in Europe (PRACE) angefordert werden.

Stampede schaffte es im November 2012 auf Platz 7, stieg im Juni 2013 auf Platz 6 auf und nahm dann wieder seinen früheren Platz auf der neuesten Liste ein. Die Finanzierung des Systems erfolgte durch eine Auszeichnung der National Science Foundation (NSF), und Stampede ist im Texas Advanced Computing Center (TACC) der University of Texas in Austin untergebracht. Auf diesem Dell PowerEdge-System laufen Intel Xeon E5 8-Kern- Prozessoren mit 2,7 GHz in Verbindung mit Intel Xeon Phi-Coprozessoren. Seine rund 462.000 Kerne ermöglichen eine Leistung von fast 5,2 Petaflops.

Seit Januar 2013 steht Stampede im Rahmen des Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE)-Programms der NSF, einem virtuellen System zur offenen gemeinsamen Nutzung der Rechenleistung von 16 Supercomputern und zugehörigen Ressourcen , zur Nutzung durch Wissenschaftler und andere Forscher in allen Bereichen zur Verfügung. Neunzig Prozent des Systems sind XSEDE gewidmet, und der Rest liegt im Ermessen des TACC-Direktors. Qualifizierte Forscher an jeder US-Institution können Vorschläge über die XSEDE-Website einreichen.

Obwohl Piz Daint seit April 2013 in Betrieb ist, durchlief dieses Cray-System später ein umfassendes Upgrade, das es auf Platz 6 beförderte und JuQUEEN als leistungsstärksten Supercomputer in Europa entthronte.

Piz Daint betreibt Intel Xeon E5-Prozessoren zusammen mit NVIDIA-Grafikprozessoren (GPUs) für zusätzliche Leistung, wodurch es mit seinen 116.000 Prozessorkernen 6,3 Petaflops erreichen kann. Es befindet sich am Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) und wird zur Modellierung von Wetter- und Klimamustern und zur Durchführung wissenschaftlicher Berechnungen in einer Vielzahl anderer Bereiche eingesetzt.

Der Piz Daint ist mit einem Wirkungsgrad von 3.185,9 Megaflops pro Watt (MFLOPS/W) auch einer der energieeffizientesten Supercomputer auf der Liste [Quellen: Green500 , Smith ]. Er ist der einzige Supercomputer, der es in die Top 10 sowohl der TOP500- als auch der GREEN500-Liste geschafft hat. GREEN500 nimmt alle Supercomputer in der TOP500-Liste und ordnet sie nach Energieeffizienz. Die Hybridarchitektur von Piz Daint, die sowohl herkömmliche CPUs (Central Processing Units) als auch energieeffizientere GPUs verwendet, trägt dazu bei, den Energieverbrauch niedrig zu halten.

IBMs Mira, die 2013 voll funktionsfähig wurde, erreicht in der Spitze eine Leistung von 8,6 Petaflops. Das sind mehr als 2 Petaflops über dem Piz Daint und fast 3,5 Petaflops mehr als Stampede.

Mira läuft auf 786.000 Prozessorkernen. Es befindet sich im Argonne National Laboratory, einem Forschungslabor des US- Energieministeriums . Es nutzt die BlueGene/Q-Plattform von IBM und ersetzt ein älteres IBM-System, Intrepid, das 2008 den vierten Platz auf der Liste belegte.

Forscher , die Vorschläge für das Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment Program (INCITE) über das Office of Science des US-Energieministeriums einreichen, können Prozessorzeit auf Mira beanspruchen. Sechzig Prozent der Computerkapazität gehen an ihre Forschung, während 30 Prozent an die Advanced Science Computing Research Leadership Computing Challenge gehen. Die letzten 10 Prozent sind für dringende, zeitkritische Berechnungen reserviert [Quelle: Information Week ].

Der K-Computer von Fujitsu, der einzige Supercomputer in Japan, der es in die Top 10 schaffte, regierte 2011 auf beiden Listen als schnellster Supercomputer der Welt, wurde aber inzwischen auf Platz 4 verdrängt. Dennoch durchbricht er die einstellige Grenze und schafft es ein spürbarer Geschwindigkeitssprung gegenüber IBMs Mira mit einer Leistung von 10,5 Petaflops.

Der K-Computer befindet sich am japanischen RIKEN Advanced Institute for Computational Science, wo er wissenschaftliche Operationen durchführt, darunter globale Katastrophenprävention , Meteorologie und medizinische Forschung [Quelle: Fujitsu ]. Im Gegensatz zu vielen anderen Supercomputern auf der Liste läuft er nicht auf der IBM-Architektur. Der K-Computer verwendet Fujitsus eigene SPARC64 VIIIfx-Octo-Core-Prozessoren. Seine 705.000 Computerkerne helfen ihm, den Betrieb in einem unglaublichen Tempo zu bewältigen.

Aber ob Sie es glauben oder nicht, die letzten drei schnellsten Supercomputer sind sprunghaft leistungsstärker als der K-Computer.

Sequoia war der Top-Supercomputer auf der TOP500-Liste vom Juni 2012, fiel aber im November 2012 auf Platz 2 zurück und ruht sich nun auf Platz 3 aus. Dank rund 1,6 Millionen Prozessorkernen, die unglaubliche 17,2 erreichen können, ist er immer noch kein Problem Petaflops an Leistung. Sie fragen sich, wie unglaublich das ist?

Nun, wenn wir vor weniger als einem Jahrzehnt auf das Jahr 2008 zurückblicken, schrieb IBMs Roadrunner Geschichte (und schnappte sich den ersten Platz), um 1 Petaflop zu knacken, alias 1.000 Billionen Operationen pro Sekunde durchzuführen [Quelle: IBM ]. Laut IBM entsprach Roadrunner der Leistung von 100.000 Laptops aus dem Jahr 2008. Und Sequoia ist 17 mal so schnell! Sequoia ist einer von vier Computern auf der Liste vom November 2013, die auf dem IBM BlueGene/Q-Design laufen, einem 16-Kern-Chip mit 1,6 GHz. Das ist nach heutigen Maßstäben keine besonders schnelle Taktrate , aber mit 96 Chip-Racks summiert sich die Leistung wirklich.

Was macht Sequoia überhaupt mit all dieser Geschwindigkeit? Sequoia ist 63 Prozent schneller als der viertschnellste Computer auf der Liste, und IBM setzt Sequoia natürlich ein. Wie Vulcan arbeitet es bei der National Nuclear Security Administration des US-Energieministeriums im Livermore National Laboratory. Der Computer leistet wichtige (und geheime) Arbeit: Eine seiner Aufgaben ist die Simulation von Nuklearexplosionen .

Das Titan, eines der beiden Cray-Systeme auf der Liste, macht seinem Namen alle Ehre und verwendet Opteron 6274 16-Kern-2,2-GHz-Prozessoren zusammen mit NVIDIA-GPUs, um auf rund 561.000 Kernen erstaunliche 17,6 Petaflops zu erreichen. Es befindet sich im Oak Ridge National Laboratory (ORNL), das von der Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF) betrieben wird. Titan schnappte sich den ersten Platz in den Top500 einen Monat nach seiner Einführung Ende 2012, fiel aber in der Rangliste vom Juni 2013 auf Platz 2 zurück, wo es bleibt.

Titan ist technisch gesehen ein bedeutendes Upgrade des vorherigen Supercomputers des ORNL, Jaguar. Aufgrund seiner neuartigen Hybridarchitektur passt Titan in die gleichen Schränke wie Jaguar und erreicht dabei die neunfache Geschwindigkeit von Jaguar bei nur etwa 60 Prozent mehr Energieverbrauch.

Titan is one of two supercomputers in the top 10 that incorporates NVIDIA GPUs to increase performance while keeping the power consumption lower than it would be for a similarly powerful all-CPU system. Utilizing the GPUs to run applications at the speed of which the system is capable requires a new approach to programming its software, however. To address this, the OLCF has partnered with Cray and NVIDIA to create the Center for Accelerated Application Readiness (CAAR), which is hard at work coming up with best practices for code development.

As with Mira, researchers can submit proposals through the U.S. Department of Energy's INCITE program to earn time on this workhorse.

Die Tianhe-2 (was Milchstraße-2 bedeutet) erschien 2012 auf der Bildfläche, mehr als zwei Jahre früher als geplant, und sprang auf Platz 1. Es verarbeitet mit erstaunlichen 33,9 Petaflops, fast die doppelte Leistung des Titan oder Sequoia und mehr als das Zehnfache der Leistung von Tianhe-1A, das im Juni 2013 den 10. Platz belegte.

Das System läuft auf einer Mischung aus Intel Xeon E5-Prozessoren, benutzerdefinierten Prozessoren und Intel Xeon Phi-Coprozessoren: insgesamt etwa 3.120.000 Kerne.

Das von Chinas National University of Defense Technology (NUDT) entwickelte und im National Super Computer Center in Guangzhou angesiedelte System wird für Bildung und Forschung eingesetzt. Es ist derzeit Chinas einziger Top-10-Eintrag, aber die Tianhe-2 gibt ihnen das Recht, mit der schieren Verarbeitungsleistung in einer einzigen Maschine zu prahlen.

Tianhe-2 läuft auf einer benutzerdefinierten Version des Ubuntu-Linux-Betriebssystems namens Kylin, das durch eine Partnerschaft zwischen dem NUDT, dem China Software and Integrated Circuit Promotions Center (CSIP) und Canonical (Erfinder von Ubuntu) entwickelt wurde. Tatsächlich läuft auf allen Top-10-Supercomputern und den meisten der Top-500 eine Linux -Variante .

Kylin ist nicht nur etwas für Supercomputer. Es ist ein frei verfügbares Open-Source-Betriebssystem, das speziell auf chinesische Benutzer zugeschnitten ist und von der Ubuntu-Website zur Verwendung auf PCs heruntergeladen werden kann.

Anmerkung des Autors: Top 10 der Supercomputer

Die Supercomputer-Liste von 2012 war absolut erstaunlich. Diese Computer waren schon immer super im Vergleich zu den PCs, die wir zu Hause haben, aber wenn man sich die Listen der letzten Jahre ansieht, wird deutlich, wie viel Technologie sich in so kurzer Zeit verbessert hat. Noch im Jahr 2008 war ein Supercomputer mit einer Leistung von 1 Petaflop eine große Sache. Heute erreicht der schnellste Supercomputer von IBM eine Leistung von 16 Petaflops! Ich kann mir gar nicht vorstellen, wozu diese Dinger in fünf Jahren fähig sein werden. -WF

Ich habe diesen Artikel mit den Top-Supercomputern von 2013 aktualisiert, und was für einen Unterschied ein Jahr macht! Von den Listen November 2012 bis November 2013 hat sich die Rechenleistung der Rechner auf den Plätzen eins und zehn fast verdoppelt. Hoffentlich wird diese ständig wachsende Rechenleistung zu mehr und schnelleren wissenschaftlichen Durchbrüchen führen, wie der Herstellung nützlicher Heimroboter und wachsenden Organen, die ersetzt werden müssen, und dergleichen. Supercomputer-Entwickler haben bereits die Zukunft der Exabyte-Verarbeitung im Blick, und bei diesem Tempo könnte das nur noch ein paar Jahre dauern. -BJ

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