SimplyScience: Spitze im Schnellrechnen

Mehr als die Summe seiner Teile

Vereinfacht ausgedrückt besteht ein Supercomputer aus mehreren Computern, die zu einem einzigen System zusammengeschlossen sind. Im Gegensatz zu einem klassischen Computer mit nur einem Hauptprozessor (auch zentrale Verarbeitungseinheit oder CPU genannt) hat ein Supercomputer Zehntausende CPUs. Sie bilden Rechenknoten, die gemeinsam an der Lösung eines Problems arbeiten. Die Entwicklung eines solchen auf Hochleistung getrimmten Supercomputer- Systems ist aufwendig, teuer und dauert mehrere Jahre. Auch seine Programmierung unterscheidet sich von der eines "gewöhnlichen" Computers und erfordert spezielle Programmierfähigkeiten.

So ein FLOP!

Wie schnell ein Supercomputer ist, wird in FLOPS (Floating Point Operations Per Second oder Gleitkommaoperationen pro Sekunde) gemessen. Sie geben an, wie viele Berechnungen er pro Sekunde durchführen kann. Und Supercomputer werden immer schneller: Cray-1, der erste im US-Forschungszentrum Los Alamos installierte Supercomputer, kam 1976 auf 160 Megaflops (160 Millionen Rechenoperationen). Dreissig Jahre später wurde bereits die Teraflop-Grenze geknackt – ein Teraflop ist eine Billion Rechenoperationen pro Sekunde. 2008 wurde ein Petaflop erreicht (eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde), letztes Jahr hat "Frontier", ein Supercomputer in den USA, die Welt in die Exaflop-Ära katapultiert. Der Wettlauf um noch mehr Rechenpower geht weiter: Denn wer die schnellsten Supercomputer besitzt, hat bei Forschung und Innovation die Nase vorn. Zurzeit sind das die USA, China und Japan.

Getrennte Wege

Der Begriff Supercomputer kam in den 1960er-Jahren auf. Damals war insbesondere die US-Regierung daran interessiert, für die Militärforschung Computer zu entwickeln, die leistungsfähiger waren als alle übrigen auf dem Markt. Auch sogenannte Grossrechner, deren Stärke die zuverlässige Verarbeitung sehr grosser Datenmengen ist (darum schwören zum Beispiel Banken auf sie), können sich in Sachen Rechenleistung nicht mit ihnen messen.

Verfalldatum

Superrechner haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa vier Jahren. Eine Zeitlang können sie noch aufgerüstet werden. Doch irgendwann halten sie mit der Rechenpower der neuen Supercomputergenerationen nicht mehr Schritt und werden in den Ruhestand geschickt. So wie der Cray X-MP/28 an der ETH-Zürich: In den 1980er-Jahren ein Technikwunder, heute eine Sitzbank für Studierende in einem Gang der Hochschule. Brauchen kann man ihn nicht mehr: Jedes Smartphone erbringt heute über hundertmal mehr Leistung.

Die Sache mit den Nullen

Kilo (10³), Mega(10⁶) und sogar Giga (10⁹) sind uns als Masseinheiten noch einigermassen vertraut. Tera (10¹²), Peta (10¹⁵), Exa (10¹⁸), Zetta (10²¹) und Yotta (10²⁴) hingegen sind so riesige Zahlen, dass es schwierig ist, sich darunter überhaupt noch etwas vorzustellen. Der neue Exaflop-Rekord ist also sicher beeindruckend – schliesslich bewegen sich Alltagsrechner meist höchstens im Gigaflop-Bereich, sind also gut eine Milliarde Mal weniger leistungsfähig. Wieviel ein Exaflop ist, lässt sich mit einem weiteren Vergleich erklären, der schwindlig macht: Das Alter des Universums wird auf etwa 10¹⁸ Sekunden geschätzt. Hätte jemand seit dem Urknall jede Sekunde eine Rechnung ausgeführt, dann wäre das eine Arbeit, die ein Exascale-Rechner in einer einzigen Sekunde erledigen könnte.

Machen die Superrechenhirne uns Menschen bald überflüssig?

Schnellsein ist nicht alles. Es gibt einen äusserst energieeffizienten Computer, dessen Leistung bisher von keiner Maschine erreicht wird, so blitzgeschwind sie auch zu rechnen vermag: unser Hirn. Darin sind rund 1000 Milliarden Nervenzellen auf kleinstem Raum zu einem Netzwerk verbunden, das viele für eines der komplexesten Gebilde des Universums halten. Wie diese Zellen Informationen verarbeiten und austauschen, wie sie lernen, sich erinnern oder zusammenschliessen und spezialisieren, wie sie über Auge, Hand und Ohr die Umwelt wahrnehmen, das versteht die Forschung noch nicht wirklich. Aber sie arbeitet daran. Das menschliche Hirn im Computer komplett nachzubauen ist bisher zwar noch nicht gelungen, dafür ahmen immer mehr Anwendungen der künstlichen Intelligenz das menschliche Lernen nach und werden dadurch fähig, gewisse Probleme eigenständig zu bearbeiten.

Quelle: Technoscope 1/24: Supercomputer – Schnell, schneller, am schnellsten. Technoscope ist das Technikmagazin der SATW für Jugendliche

Erstellt: 25.05.2024