12 schnellste Supercomputer der Welt | Im Jahr 2021

Für die meisten von uns scheint ein Computer wahrscheinlich schnell genug zu sein, wenn er 8K-Videos oder die neueste Version von Far Cry in 60 fps ohne Verlangsamung ausführen kann. Es gibt jedoch viele komplizierte Aufgaben, die Milliarden von Berechnungen pro Sekunde erfordern – etwas, das ein Desktop mit i9-Prozessor nicht kann.

Hier kommen Supercomputer zum Einsatz. Sie bieten ein hohes Leistungsniveau, das es Regierungen und Organisationen ermöglicht, Probleme zu lösen, die mit herkömmlichen Computern nicht möglich wären.

Die heutigen Supercomputer werden mit Blick auf KI-Workloads (künstliche Intelligenz) gebaut. Neben Wettervorhersagen, Klimaforschung, physikalischen Simulationen und Öl- und Gasexploration helfen Supercomputer Wissenschaftlern dabei, widerstandsfähigere Baumaterialien zu entdecken und menschliche Proteine ​​und Zellsysteme mit extremer Detailgenauigkeit zu untersuchen.

Normalerweise wird die Leistung des Supercomputers in Gleitkommaoperationen pro Sekunde (Flops) gemessen. Im Bereich wissenschaftlicher Berechnungen ist FLOPS eine genauere Zahl als das Messen von Anweisungen pro Sekunde.

Wussten Sie, dass der erste Supercomputer – Livermore Atomic Research Computer – 1960 für das Forschungs- und Entwicklungszentrum der US-Marine gebaut wurde?

Um Ihnen zu zeigen, wie weit wir seitdem gekommen sind, haben wir eine detaillierte Liste der schnellsten Supercomputer der Welt zusammengestellt. Sie alle sind nicht verteilte Computersysteme, die unter Linux laufen.

12. Mammutbaum

Geschwindigkeit: 17.1 petaFLOPS
Kerne: 1.572.864

Anbieter: IBM
Standort: Lawrence Livermore National Laboratory, USA

Sequoia verwendet die BlueGene/Q-Server von IBM, um eine theoretische Spitzenleistung von 20 PetaFLOPS zu liefern. Er hat 123 % mehr Kerne und ist 37 % energieeffizienter als sein Vorgänger K-Computer.

Obwohl die Maschine hauptsächlich für die Simulation von Atomwaffen verwendet wird, steht sie auch für viele wissenschaftliche Zwecke wie den Klimawandel und die Analyse des menschlichen Genoms zur Verfügung. Seine große Skalierbarkeit hat es auch mit einer 3D-Simulation der Elektrophysiologie des menschlichen Herzens unter Beweis gestellt.

11. PANGAA III

Credit:Total S.A.

Geschwindigkeit: 17,8 PetaFLOPS
Kerne: 291.024

Anbieter: IBM
Standort: Technisches und wissenschaftliches Forschungszentrum CSTJF in Pau, Frankreich

Pangea III setzt auf die KI-optimierte Hochleistungsarchitektur von IBM. IBM und NVIDIA arbeiteten zusammen, um die branchenweit einzige CPU-zu-GPU-NVLink-Verbindung aufzubauen, die eine über 5-mal schnellere Speicherbandbreite zwischen der IBM POWER9-CPU und den NVIDIA Tesla V100 Tensor Core-GPUs ermöglicht als die herkömmlichen x86-basierten Systeme.

Die Architektur verbessert nicht nur die Rechenleistung, sondern auch die Energieeffizienz. Das neue System verbraucht weniger als 10 % des Energieverbrauchs pro petaFLOP als seine Vorgänger Pangaea I und II.

Pangaea III hat verschiedene Anwendungen, insbesondere in drei verschiedenen Bereichen – seismische Bildgebung in Exploration und Entwicklung, Entwicklungs- und Produktionsmodelle sowie Bewertung und Selektivität von Vermögenswerten.

10. Lassen

Geschwindigkeit: 18.2 petaFLOPS
Kerne: 288.288

Anbieter: IBM
Standort: Lawrence Livermore National Laboratory, USA

Lassen ist für nicht klassifizierte Simulation und Analyse bestimmt. Es wird im selben Labor installiert und verwendet dieselben Komponenten wie Sierra (#2 schnellster Supercomputer).

Obwohl Sierra ein großes System ist, hat Lassen eine anständige Größe:Es ist genau 1/6 der Größe seines größeren Bruders. Das Lassen-System ist in 40 Racks enthalten, während Sierra 240 Racks umfasst.

IBM Power9-Prozessoren und 253 Terabyte Hauptspeicher verhelfen Lassen zu einer Spitzenleistung von 23 PetaFLOPS.

9. SuperMUC-NG

Geschwindigkeit: 19.4 petaFLOPS
Kerne: 305.856

Anbieter: Lenovo
Standort: Leibniz-Rechenzentrum, Deutschland

SuperMUC-NG verfügt über 6.400 Lenovo ThinkSystem SD650 direkt wassergekühlte Rechenknoten mit über 700 Terabyte Hauptspeicher und 70 Petabyte Festplattenspeicher.

Es ist mit leistungsstarken Visualisierungssystemen verbunden, die eine große stereoskopische 4K-Powerwall und eine 5-seitige CAVE-Umgebung für künstliche virtuelle Realität enthalten.

Der Supercomputer dient europäischen Wissenschaftlern vieler Bereiche, darunter Genomanalyse, Fluiddynamik, Quantenchromodynamik, Biowissenschaften, Medizin und Astrophysik.

8. KI-Bridging-Cloud-Infrastruktur

Credit:ABCI

Geschwindigkeit: 19.8 petaFLOPS
Kerne: 391.680

Anbieter: Fujitsu
Standort: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan

Dies ist die weltweit erste groß angelegte offene KI-Computing-Infrastruktur, die 32.577 PetaFLOPS Spitzenleistung liefert. Es verfügt über insgesamt 1.088 Knoten mit jeweils 2 skalierbaren Intel Xenon Gold-Prozessoren, 4 NVIDIA Tesla V100 GPU, 2 InfiniBand EDR HCAs und 1 NVMe SSD.

Fujitsu Limited behauptet, dass der Supercomputer die 20-fache thermische Dichte herkömmlicher Rechenzentren und eine Kühlleistung von 70 kW Rack erreichen kann, indem er Heißwasser- und Luftkühlung verwendet.

7. Dreifaltigkeit

Geschwindigkeit: 21.2 petaFLOPS
Kerne: 979.072

Anbieter: Cray
Standort: Los Alamos National Laboratory, USA

Trinity wurde entwickelt, um eine außergewöhnliche Rechenleistung für das NNSA Nuclear Security Enterprise bereitzustellen. Es zielt darauf ab, geometrische und physikalische Genauigkeiten im Simulationscode für Kernwaffen zu verbessern und gleichzeitig sicherzustellen, dass der nukleare Vorrat sicher, geschützt und effektiv ist.

Der Supercomputer wurde in zwei Stufen entwickelt:Die erste Stufe beinhaltete den Intel Xeon Haswell Prozessor und die zweite Stufe beinhaltete eine erhebliche Leistungssteigerung mit dem Intel Xeon Phi Knights Landing Prozessor. Es kann eine Gesamtspitzenleistung von über 41 PetaFLOPS liefern.

6. Piz Daint

Geschwindigkeit: 21.2 petaFLOPS
Kerne: 387.872

Anbieter: Cray
Standort: Swiss National Supercomputing Centre, Schweiz

Dieser Supercomputer, benannt nach dem Berg Piz Daint in den Schweizer Alpen, läuft auf einem Intel Xeon E5-26xx Mikroprozessor und NVIDIA Tesla P100.

Piz Daint nutzt den „Burst Buffer Mode“ von DataWarp, um die effektive Bandbreite von und zu Speichergeräten zu erhöhen. Dies beschleunigt die Eingabe-/Ausgaberaten von Daten und erleichtert die Analyse von Millionen kleiner, unstrukturierter Dateien.

Zusätzlich zu seinen täglichen Aufgaben kann es die Datenanalyse einiger der datenintensivsten Projekte der Welt übernehmen, wie zum Beispiel Daten aus Experimenten am Large Hadron Collider.

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5. Frontera

Eine Ansicht zwischen zwei Reihen von Frontera-Servern | Kredit:TACC

Geschwindigkeit: 23,5 PetaFLOPS
Kerne: 448,448

Anbieter: Dell EMC
Standort: Texas Advanced Computing Center, USA

Frontera eröffnet neue Möglichkeiten in Technik und Forschung, indem es umfangreiche Rechenressourcen bereitstellt, die es Wissenschaftlern erleichtern, viele komplexe Herausforderungen in einer Vielzahl von Domänen anzugehen.

Frontera verfügt über zwei Computing-Subsysteme:Das erste konzentriert sich auf die Leistung mit doppelter Genauigkeit, während sich das zweite auf das Stream-Memory-Computing mit einfacher Genauigkeit konzentriert. Es verfügt auch über Cloud-Schnittstellen und mehrere Anwendungsknoten zum Hosten virtueller Server.

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 im National Supercomputer Center in Guangzhou

Geschwindigkeit: 61,4 PetaFLOPS
Kerne: 4.981.760

Anbieter: NUDT
Standort: National Supercomputing Center in Guangzhou, China

Mit mehr als 16.000 Computerknoten repräsentiert Tianhe-2A die weltweit größte Installation von Intel Ivy Bridge- und Xeon Phi-Prozessoren. Während jeder Knoten 88 Gigabyte Arbeitsspeicher hat, beträgt der Gesamtspeicher (CPU + Coprozessor) 1.375 Tebibyte.

China gab 2,4 Milliarden Yuan (390 Millionen US-Dollar) für den Bau dieses Supercomputers aus. Es wird jetzt hauptsächlich in Simulationen, Analysen und staatlichen Sicherheitsanwendungen verwendet.

3. Sunway TaihuLight

Geschwindigkeit: 93 PetaFLOPS
Kerne: 10.649.600

Anbieter: NRCPC
Standort: Nationales Supercomputing Center in Wuxi, China

Die Rechenleistung von TaihuLight kommt von einer selbstgebauten SW26010-CPU mit mehreren Kernen, die sowohl Rechenverarbeitungselemente als auch Verwaltungsverarbeitungselemente umfasst.

Ein einzelner SW26010 bietet dank seiner 260 Verarbeitungselemente (integriert in einer CPU) eine Spitzenleistung von mehr als 3 TeraFLOPS. Jedes Rechenverarbeitungselement verfügt über einen Scratchpad-Speicher, der als benutzergesteuerter Cache dient und den Speicherengpass in den meisten Anwendungen erheblich reduziert.

Neben Biowissenschaften und pharmazeutischer Forschung wurde TaihuLight verwendet, um das Universum mit 10 Billionen digitalen Partikeln zu simulieren. China will jedoch noch viel mehr erreichen:Das Land hat sich bereits das Ziel gesetzt, bis 2030 führend bei KI zu sein.

2. Sierra

Bildnachweis:Wikimedia

Geschwindigkeit: 94,6 PetaFLOPS
Kerne: 1.572.480

Anbieter: IBM
Standort: Lawrence Livermore National Laboratory, USA

Sierra bietet bis zu 6-mal die Dauerleistung und 7-mal die Workload-Leistung seines Vorgängers Sequoia. Es kombiniert zwei Arten von Prozessorchips:IBMs Power 9-Prozessoren und NVIDIAs Volta-GPUs.

Sierra wurde speziell für die Leistungsbewertung von Kernwaffensystemen entwickelt. Es wird für prädiktive Anwendungen in der Lagerverwaltung verwendet, dem US-Programm zur Zuverlässigkeitsprüfung und Wartung von Nuklearwaffen ohne Nukleartests.

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1. Gipfel

Bildnachweis:ORNL

Geschwindigkeit: 148,6 PetaFLOPS
Kerne: 2.414.592

Anbieter: IBM
Standort: Oak Ridge National Laboratory, USA

Summit kann in der Spitze 200 PetaFLOPS liefern. Dies entspricht 200 Billiarden Gleitkommaoperationen pro Sekunde.

Es ist auch der drittenergieeffizienteste Supercomputer der Welt mit einer aufgezeichneten Energieeffizienz von 14,66 GigaFLOPS pro Watt.

Die über 4.600 Server von Summit, die die Größe von zwei Basketballplätzen einnehmen, beherbergen mehr als 9.200 IBM Power9-Prozessoren und über 27.600 NVIDIA Tesla V100-GPUs. Das System ist über 185 Meilen Glasfaserkabel verbunden und verbraucht genug Strom, um 8.100 Haushalte zu betreiben

Im Jahr 2018 war Summit der erste Supercomputer, der die Exascale-Grenze durchbrach. Bei der Analyse von Genomdaten erreichte es einen Spitzendurchsatz von 1,88 Exaops, was fast 2 Milliarden Berechnungen pro Sekunde entspricht.

Die Vereinigten Staaten streben an, bis zum nächsten Jahr ein voll funktionsfähiges Exascale-Computing-Ökosystem für wissenschaftliche Studien zu entwickeln, und Summit ist ein Schritt in diese Richtung.

1. Fugaku

Geschwindigkeit: 442 PetaFLOPS
Kerne: 7.630.848

Anbieter: Fujitsu
Standort: RIKEN Center for Computational Science, Japan

Mit einer theoretischen Spitzenleistung von 537 PetaFLOPs ist Fugaku der schnellste Supercomputer der Welt. Es ist auch der erste Supercomputer der Spitzenklasse, der von ARM-Prozessoren angetrieben wird.

Laut HPCG-Benchmark übertrifft die Leistung von Fugaku die kombinierte Leistung der nächsten vier Top-Supercomputer der Welt.

Es ist eine großartige Leistung für die japanische Regierung, aber die Entwicklung eines so leistungsstarken Systems war nicht billig. Seit 2014 hat die Regierung etwa 1 Milliarde US-Dollar für Forschung und Entwicklung, Akquisitionen und Anwendungsentwicklung des Projekts ausgegeben.

Fugaku läuft auf zwei Betriebssystemen nebeneinander:Linux und ein „leichtes Multi-Kernel-Betriebssystem“ namens IHK/McKernel. Linux verarbeitet mit Portable Operating System Interface (POSIX) kompatible Dienste, während McKernel Hochleistungssimulationen ausführt.

Es wurde entwickelt, um soziale und wissenschaftliche Probleme mit hoher Priorität anzugehen, wie Wettervorhersage, Entwicklung sauberer Energie, Arzneimittelforschung, personalisierte Medizin und Erforschung der Gesetze der Quantenmechanik.

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Häufig gestellte Fragen

Welche Software laufen auf Supercomputern?

Fast alle modernen Supercomputer verwenden das Betriebssystem Linux. Der Hauptgrund dafür ist die Open-Source-Natur von Linux.

Da Supercomputer für bestimmte Zwecke entwickelt wurden, benötigen sie ein benutzerdefiniertes Betriebssystem, das für diese spezifischen Anforderungen optimiert ist. Es stellt sich heraus, dass die Entwicklung und Wartung geschlossener, proprietärer Betriebssysteme ein sehr teurer und zeitaufwändiger Prozess ist.

Linux hingegen ist kostenlos, zuverlässig und einfach anzupassen. Entwickler können für jeden der Supercomputer separate Versionen von Linux konfigurieren oder erstellen.

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Wer verwendet einen Supercomputer?

Supercomputer werden hauptsächlich von Wissenschaftlern und Forschern verwendet, um rechenintensive Aufgaben in verschiedenen Bereichen auszuführen, einschließlich

• Aerodynamische Forschung und Wettervorhersage
• Testen der Verschlüsselungsstärke
• Molekulardynamiksimulation
• Finanz- und Marktforschung
• 3D-Atomtestsimulationen
• Arzneimittelentdeckung
• Weltraumforschung

Welches Land hat die meisten Supercomputer?

Ab 2021 verfügt China über 188 der 500 leistungsstärksten Supercomputer der Welt. Die Vereinigten Staaten verfügen über 122 und Japan über 34 Supercomputer. Zusammen machen die beiden führenden Länder 62 % der leistungsstärksten Supercomputing-Maschinen der Welt aus.

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Wie sieht die Zukunft der Supercomputer aus?

Laut dem Technavio-Bericht wird der globale Supercomputermarkt zwischen 2021 und 2025 um 12,5 Milliarden US-Dollar wachsen und im Prognosezeitraum eine CAGR von 20 % erreichen.

Der zunehmende Einsatz von künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Cloud-Technologie ist der Hauptgrund für dieses Wachstum. Der Bedarf an hochentwickelten Modellen zur Behandlung komplexer Physik-, Chemie- und Umweltfragen könnte das Wachstum weiter beschleunigen.

Alles in allem wird mit steigenden anspruchsvollen Anwendungen in naher Zukunft die Nachfrage nach Supercomputern folglich zunehmen. Von staatlichen Stellen wird erwartet, dass sie die Endnutzer mit den höchsten Einnahmen sind.