Christoph Elstermeier -Die schnellsten Computer der Welt- Christoph Elstermeier Christian Ege

TOP 500 Einführung Hersteller Prozessoren Anwendungen Zukunftsaussichten

Einführung Seit 1986 Expertentreffen in Mannheim Gründe für Mannheim: Lokale Infrastruktur Produkte des einheimischen Winzergewerbes  Hans Meuer „Neutrales“ Territorium

Einführung TOP500 Seit 1993 von Erich Strohmeier & Jack Dongarra Halbjährlich aktualisiert Winterausgabe: Supercomputer-Jahrestagung USA Rangliste leistungsstärkster PC´s Zuverlässiges Spiegelbild des Marktgeschehens Überblick jüngste Vergangenheit d. Computer Spitzentechnologie

Einführung Leistung Nr.1 bestätigt Mooresches Gesetz Alle 1 ½ Jahre verdoppelt sich die Leistung eines Mikrochips (gegebene Größen- und Leistungsklasse) Zuwachs pro Jahr für Nr.1 größer als Faktor 1,5874 (= Mooresches Gesetz) Leistung der Letzten noch schneller! Mittelfeld holt auf  mehr Wettstreiter als früher  Bei vorderen Plätzen schwieriger voranzukommen als bei unteren

TOP500 – Juli 1993

TOP500 – November 2000

TOP500 – Juli 1993

TOP500 – November 2000

Hersteller Verschiebung: Generalisten verdrängen Spezialisten Unternehmen wie Thinking Machines, CDC & Convex Bankrott oder aufgekauft große Firmen zu größeren Rechnern hingearbeitet: IBM 144 Installationen (TOP500 Juni 2000); aktuell: 215 Inst. Knapp dahinter Sun Hewlett-Packard 5.er (durch Kauf von Convex) Convex: Anfang 90`er Jahre „Mini-Supercomputer“ hatte 1/3 der Leistung einer Cray – aber nur 1/10 des Preises!

Hersteller Sonderfall Cray 70`er Jahre Seymour Cray: Vektorrechner Finanzielle Schwierigkeiten – 1996 aufgekauft von Silicon Graphics  1997 wieder ausgeschieden Jetzt mit Tera zusammen (vielfädige Architektur – multithreaded architecture) 4.er in der Häufigkeitsliste Hinter SGI (neuer Name von Silicon Graphics)

Prozessoren Mit Aufstieg der Generalisten: Wechsel der Technologie Früher: spezielle Mikrochips für Höchstleistungsrechner Heute: Massenware Bsp.: ASCI Red (New Mexico) 9632 Pentium Chips von Intel Gleiche Anzahl spezieller Chips unbezahlbar: enorme Kosten für geringe Stückzahl Frage: einfach 1000 Pentiums besorgen & verdrahten? Ja, aber nicht einfach (in TOP500 4 Eigenbau-Maschinen)

Prozessoren Große Rechenaufgabe zerlegen – Prozessoren rechnen einsam an Teilaufgabe Auch möglich: beteiligte Prozessoren in mehreren PC`s über die Welt verteilt – rechnen dann, wenn Besitzer keine Aufgaben hat. Bsp.: 2 große Primfaktoren einer ca. 150stelligen Zahl versammelte Rechenleistung aller PC`s  vorderer Platz TOP500

Prozessoren  massiv-parallele Systeme = Mehrheit unter TOP500 ABER: Suche nach sehr vielen Unbekannten (ca. 100.000) & jede hängt von allen anderen ab? Im Prinzip aufteilbar, aber beteiligte Chips in Interaktion miteinander Anzahl Verbindungen wächst quadratisch mit Anzahl Prozessoren  massiv-parallele Systeme = Mehrheit unter TOP500

Prozessoren Minderheit: älteres Prinzip Vektorrechner große Menge Rechenarbeit nicht in Einzelteile, sondern ein größerer Prozessor rechnet sehr viel Gleichzeitig (z.B. 1000 Multiplikationen) Prozessor teuer Normalerweise mehrere Exemplare in einer Maschine  Parallelrechner aus Vektorrechnern Japanische Hersteller (Fujitsu, Hitachi, NEC) stark

Anwendungen Warum Supercomputer? Seit 2000 erstmals kleine Mehrheit (260) für kommerzielle Zwecke Richtig großen Anlagen aber vom Staat finanziert Forschungszentren, Uni`s, Geheimdienste Bsp.: Bundesregierung auf Platz 356 (80 Prozessoren) Ersten 4 Plätze von amerik. Energieministerium: ASCI (accelerated strategic computing initiative) Ziel: Atomwaffenversuche durch Computersimulation Energieministerium – Atomwaffenversuche? Bei Kernwaffenexplosion wird Energie frei 

Anwendungen Explosion = Paradebeispiel Es passiert sehr viel sehr schnell Sehr schnell: viele Zahlen (10 hoch 5 bis 10 hoch 6) beschreiben Zustand des Systems zum Zeitpunkt t Sehr viel: viele Bilder pro Sekunde Typische Vorgehensweise aus Filmbild nächstes berechnen (Gleichungssystem), Unbekannte = Zahlen, die neues Filmbild bestimmen Funktioniert nur, wenn zwischen 2 Bildern nichts passiert, was absehbar ist Unbekannte (Bsp. Temperatur) hängt von vielen Faktoren ab: - Temperatur in Umgebung, Druck-, Strömungs-, Strahlungsverhältnisse  Unbekannten verflochten (massiv-parallele Rechner)

Anwendungen Ähnliche Beispiele: Erdbeben, Fahrzeugkollision (Autohersteller – simulierte Aufpralltests), Erdölindustrie Verfahren ähnlich bei längerem Zeitraum (Bsp.: Entstehung von Akkretionsscheiben in Doppelsternsystemen) Hauptsächliche Aufgaben für Supercomputer Aber nicht nur!!

Anwendungen Bsp.: Deutschland Bundesland Hessen mit den Meisten: In Europa meisten Supercomputer Bundesland Hessen mit den Meisten: Deutscher Wetterdienst (Offenbach) Deutsche Telekom (Darmstadt) Banken (Frankfurt) Viel Masse an Daten lasten Computer aus Auch weit oben: Investmentbroker-Firma Charles Schwab (Platz 19) - Data Mining? - höherer Aufwand für Börsenkursprognosen?

Zukunftsaussichten Wird dieser Boom zum Stillstand kommen? Nein (laut Experten): Technische Möglichkeiten nicht ausgereizt Keine zu grossen Computer – zu kleine Probleme Mehr Rechenleistung: aufgreifen schwierigerer Probleme oder Annahmen ersetzen durch realitätsnähere Ziel teraflops (10 hoch 12 floating point operations per second)  längst erreicht (ASCI) Jetzt: 3 Zehnerpotenzen weiter (Petaflops) 1 Millionen Prozessoren : Größe eines Tennisplatzes Anwender: Projekt „Blue Gene“ Wie falten sich Ketten von Aminosäuren zu aktionsfähigen Proteinen?

Zukunftsaussichten Aktuell: Weiterer Supercomputer für München (Max-Planck-Institut) 1000 Mikroprozessoren (IBM Power4-Generation) Größe: ¼ Fußballplatz 3,8 Teraflops; nur ASCI White schneller (12,3 Teraflops) Nutzung: hauptsächlich medizinische Forschung Power4-Generation: Taktfrequenz über 1 Gigahertz Übertragungsgeschwindigkeit über 100 Gigabit/s  Download von 20 DVD´s pro Sekunde!

Zukunftsaussichten 20-22 Juni Konferenz in Heidelberg Bei Interesse: www.top500.org www.supercomp.de www.sc2000.org

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!