Innovation

Was in den schnellsten Superrechnern steckt

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Achim Killer

Foto: kd / DPA

Die 500 stärksten Rechner der Welt werden am heutigen Dienstag in Dresden gekürt. Klar ist: Erstmals in der Geschichte der Supercomputer wird die Petaflop-Marke geknackt.. Der schnellste Rechner der Welt namens Roadrunner schafft tatsächlich mehr als eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde.

Auf einer internationalen Supercomputer-Tagung, die am heutigen Dienstag in Dresden beginnt, wird die neue Top-500-Liste der leistungsfähigsten Rechner der Welt veröffentlicht. Präsentiert wird sie - und das schon seit Jahren - von dem Mannheimer Professor Hans-Werner Meuer. Doch schon im Vorfeld der Konferenz ist klar: Erstmals in der Geschichte der Supercomputer wird die Petaflop-Marke geknackt. Die beiden Silben Peta, die Insider elektrisieren, stehen für eine Zahl mit 15 Nullen, und Flops ist die Abkürzung für "Floating Point Operations Per Second". Der schnellste Rechner der Welt namens Roadrunner schafft tatsächlich mehr als eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde. Er wurde von IBM für die amerikanische Regierung gebaut und führt jetzt die Champions League der Number-Cruncher an.

Eine Petaflop-Rechenleistung ist etwa notwendig, um die räumliche Struktur eines Proteins aus seiner chemischen Formel zu berechnen. Genau dies ist notwendig, um mit Computerhilfe im großen Stil neue Medikamente entwickeln zu können, die wie ein Schlüssel in die Öffnungen eines bestimmten Proteins passen, um so dessen unerwünschte Funktionen zu blockieren.


Derzeit dominieren auf den vorderen Plätzen der Top-500-Liste Supercomputer mit dem Namen "Blue Gene", einer werbewirksamen Verhornballung ihrer Einsatzmöglichkeiten in der Bioinformatik und des Herstellernamens IBM, "Big Blue". Auf den vorderen Plätzen findet sich allerdings auch ein System, das am US-amerikanischen Los Alamos National Laboratory installiert worden ist. Es arbeitet mit etlichen Tausend AMD-Chips und Cell-Prozessoren, wie sie auch in Sonys Playstation takten. Entwickelt wurden die Spielzeug-Chips ebenfalls von IBM. "Die waren sich wohl am Anfang gar nicht bewusst, welches Potenzial in diesen Prozessoren steckt", bemerkt Meuer. Und Jim Tully vom Marktforschungsunternehmen Gartner analysiert: "Die Unterhaltungselektronik wird zunehmend zur treibenden Kraft in der Prozessorentwicklung."

Vor zehn Jahren ging es noch um Teraflops. Der Leistung von einer Billion Gleitkomma-Operationen pro Sekunde bedurfte es, um eine Nuklearexplosion im Computer vollständig zu simulieren. Die USA führen seitdem ihre Kernwaffenversuche ausschließlich virtuell im Rechenzentrum durch. Tausende von Teraflops-Rechnern arbeiten heute für Automobilkonzerne, Forschungs- und Finanzinstitute.

Für die Top 500 wird die Leistungsfähigkeit eines Supercomputers mithilfe des sogenannten Linpack-Benchmarks bewertet, einer Test-Software, die große lineare Gleichungssysteme löst. Sie gibt allerdings nur ein verzerrtes Bild der Wirklichkeit wieder. Die Vektorrechner vor allem japanischer Hersteller wie NEC schneiden dabei chronisch schlecht ab. Trotzdem sind sie beispielsweise bei simulierten Crash-Tests für die Autoindustrie Supercomputern überlegen, die vor ihnen in der Liste stehen. "Der große Vorteil des Linpack-Benchmarks besteht darin, dass er auf allen Rechner-Architekturen gefahren werden kann", erläutert Meuer sein Bewertungsverfahren. Dass es nur ein unzulängliches Bild der aktuellen Wirklichkeit in den Rechenzentren wiedergibt, räumt er ein.

Allerdings lassen sich damit wertvolle Erkenntnisse über die langfristige Entwicklung der Informationstechnik gewinnen. Denn schon seit 1993 präsentiert Meuer regelmäßig seine Listen: Aus solchen Zeitreihen lassen sich Trends herauslesen. "Die Elf scheint da eine magische Zahl zu sein", sagt der Professor. Im Laufe von elf Jahren würde demnach die Leistungsfähigkeit des jeweils stärksten Supercomputers um den Faktor 1000 steigen. Es ist absehbar, dass diese These von der sich rasant entwickelnden Branche, wo man ständig und meist vergeblich auf der Suche nach verlässlichen Regeln ist, als "Meuer’s Law" aufgenommen werden wird. Eine weitere Prognose des Professors: Es dauert keine zwei Jahrzehnte, bis die Leistung einer früheren Nummer eins in den Top 500 in einem handelsüblichen PC steckt. Heute kann man quasi eine Cray 2 in Form eines Notebooks auf den Schoß nehmen.

Das Supercomputing ist schon längst keine von der gewöhnlichen Informationstechnik abgehobene Disziplin mehr. In den Anfangsjahren des Hochleistungsrechnens dominierten noch Computer mit Spezialprozessoren und eigens dafür entwickelter Software das Bild. Inzwischen liefert jedoch Intel die meisten Prozessoren für die in den Top 500 gelisteten Rechner. Was die verwendeten Komponenten anbelangt, so unterscheiden sich die Zahlenfresser kaum noch von den Standard-Servern in Unternehmen oder von Billig-PCs vom Discounter - nur dass sie eben größer sind. Und wie in den Firmenrechenzentren, so ist auch beim Hochleistungsrechnen Linux das dominierende Betriebssystem.

Doch es ist natürlich sehr viel wertvoller für das Renommee eines Herstellers, Supercomputer auszustatten, als die Regale von Billigläden zu füllen. Deshalb sind die Anbieter sehr erpicht darauf, mit von ihnen gefertigten Komponenten in den Top 500 vertreten zu sein. So wirft etwa AMD im Kartellstreit mit Intel seinem Konkurrenten vor, Ausschreibungen für Supercomputer-Projekte mit Dumping-Preisen gewonnen zu haben. Auch Microsoft möchte etwas Glanz des Hochleistungsrechnens abbekommen. "Die drängen derzeit mit aller Gewalt in die Liste", stellt Meuer fest.

Nach dem Erreichen der Petaflop-Marke muss sich jetzt die Branche neuen Herausforderungen stellen. Nach "Meuer’s Law" ist der Exaflops-Computer für das Jahr 2019 zu erwarten. Was die wissenschaftlichen Rechenaufgaben sein werden, für die er gebaut wird, ist bislang noch ungewiss. Möglicherweise wird es diesmal etwas eher Unspektakuläres: "Es gibt noch keinen digitalen Windkanal", erläutert Meuer. Dass darüber hinaus auch ein Zahlenfresser für eine Trillion Berechnungen pro Sekunde entwickelt wird, stehe bereits heute fest.

Weitere Informationen im Internet: www.top500.org