Die Welt der Supercomputer und ihre größten Herausforderungen

 

 

 

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Die Welt der Supercomputer und ihre größten Herausforderungen

von Xavier Vigouroux, Bull HPC

 

Supercomputer spielen eine immer bedeutendere Rolle in der Weiterentwicklung von Industrie, Wissenschaft und Gesellschaft. Wir haben uns bereits mit einigen aktuellen Projekten beschäftigt. Welche Hindernisse müssen wir bewältigen, um die nächste Entwicklungsstufe bei Supercomputern zu erreichen?

 

Energieverbrauch

Das Management des Energieverbrauchs hat für die Ingenieure von Supercomputern Priorität, da diese Maschinen unersättlich sind. Die heutigen Supercomputer verbrauchen über 10 Megawatt, was dem Strombedarf von 30.000 Haushalten entspricht. Und der Strompreis ist in ganz Europa hoch – die Kosten pro Megawatt belaufen sich auf etwa 1 Million Euro pro Jahr.

 

Deswegen suchen die Betreiber von Supercomputern in Europa nach energieeffizienteren Lösungen für die Zukunft. Maschinen werden in der Lage sein, ein Milliardenfaches an Rechenoperationen pro Sekunde bei gleichem Energieverbrauch wie heute (10 Megawatt) zu bewältigen. Um die Betriebskosten für zukünftige Supercomputer im Rahmen zu halten, werden Umweltschutznormen von Behörden wie dem Energieministerium festgesetzt.

 

Intern stellen wir uns dieser Herausforderung in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Dresden. Im Rahmen eines Forschungsprojekts mit dem Titel „High Definition Energy Efficiency Monitoring“ (HDEEM) messen wir den Energieverbrauch von Hochleistungscomputern, sogenannten HPCs. Mit Hilfe einer softwaregestützten Datenbank zur Messung kann die Energieeffizienz jedes Rechners alle zwei Millisekunden überprüft werden, so dass die Forscher Benutzereinstellungen von parallelen HPCs auswerten und verbessern können.

 

Verbesserung von Kühlsystemen

Supercomputer benötigen optimal eingestellte Kühlsysteme, die ebenfalls viel Energie verbrauchen. Sie erhöhen die Stromkosten häufig um 50 - 75%. Aus diesem Grund richten die großen Technologieanbieter ihre Aufmerksamkeit auf den nördlichen Polarkreis. Google investiert über 1 Milliarde US-Dollar in sein Rechenzentrum im finnischen Hamina. Dank problemlos zugänglicher geothermischer und hydroelektrischer Energiequellen, kostenloser Kühlung und exzellenter Konnektivität innerhalb von Millisekunden mit Amerika und Europa wird Island ebenfalls ein immer beliebterer Standort für Rechenzentren.

 

Bei Bull benutzen wir ein Warmwasserkühlsystem, das von der Europäischen Kommission als Lösung für die großen Rechenzentren der Zukunft empfohlen wird. Traditionelle Kühlsysteme erfordern Kühlaggregate, während Warmwasser bei einer Temperatur von 35°C das Betreiben eines kostenlosen Kühlsystems das ganze Jahr hindurch ermöglicht.

 

Die Qualifikationslücke bei Supercomputern

Eine andere Sorge der Supercomputer-Gemeinschaft ist der Mangel an qualifiziertem Personal mit den erforderlichen Software-Kompetenzen für das Programmieren von Supercomputern. Dies ist ein Aspekt, dem wir uns bei Bull mit der Gründung unseres "Centre for Excellence in Parallel Programming" (CEPP), dem ersten europäischen Zentrum seiner Art für Exzellenz in Industrie und Technik, gestellt haben. Im CEPP bilden wir unser 300-köpfiges technisches Team zur Unterstützung von Anwendern aus, damit diese die Effizienz ihrer Supercomputer verbessern können.

 

Die Entwicklung neuer Mikroprozessoren

Vor fünf Jahren war es noch einfach, einen Supercomputer zu definieren. Es handelte sich um Tausende von Knotenpunkten, die in einer standardmäßigen zentralen Recheneinheit (CPU) eng miteinander verknüpft wurden. Aber diese Systeme sind nicht schnell genug, um die von heutigen Supercomputern benötigten Milliarden von Abläufen pro Sekunde zu bewältigen. Deshalb entwickelt man neue Mikroprozessoren. Die Entwickler der Hochleistungsrechner bevorzugen grafische Recheneinheiten (GPUs), die normalerweise in Video-Spielen zum Einsatz kommen. Manche Ingenieure konzentrieren sich auch auf Parallelrechner, die zeitgleich Milliarden von Rechenoperationen ermöglichen.

 

In unserem nächsten Beitrag werden wir uns mit der Zukunft von Supercomputern und der Frage beschäftigen, ob Rechenkapazitäten unbegrenzt sind.

 

Xavier Vigouroux

Dr. Xavier Vigouroux hat nach seiner Promotion im Fach Verteilte Datenverarbeitung an der Ecole Normale Supérieure de Lyon für mehrere große Unternehmen in verschiedenen Positionen gearbeitet. Seit neun Jahren ist er bei Bull beschäftigt. Er hat fünf Jahre lang das HPC Benchmark-Team geleitet und dann den Bildungs- und Forschungsmarkt für HPC übernommen. Gegenwärtig leitet er das „Center for Excellence in Parallel Programming“ (CEPP).

 

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