1 Quadrillion Aufgaben pro Sekunde – High Performance Computing ist unverzichtbar

Ohne High Performance Computing wird in wenigen Jahren nicht mehr viel gehen. Bild: Pixabay/Gerd Altmann

Berlin, 16.4.2021

Ein preiswerter Laptop mit einem 3-GHz-Prozessor kann heute etwa 3 Milliarden Berechnungen pro Sekunde durchführen. Das ist schnell, verblasst aber im Vergleich zu „High Performance Computing“ (HPC), mit dem Quadrillionen von Berechnungen pro Sekunde durchführt werden können. Eine Quadrillion mit ihren 33 Nullen ist kaum vorstellbar und doch werden Computer  mit solchen Rechenkapazitäten immer häufiger gebraucht – was spätestens mit der Corona-Pandemie deutlich wurde. Eine internationale Forschungsgemeinschaft, die Impfmittel gegen Covid19 testete, schaltete 30 Supercomputer zusammen und arbeitet so mit einer Systemleistung von 400 Quadrillionen Rechenaufgaben – pro Sekunde.


Eindeutig definiert ist der Begriff HPC nicht. Simpel ausgedrückt fängt HPC dort an, wo herkömmliche Standardsysteme wie in dem Covid19-Beispiel versagen oder viele Jahre Rechenzeit bräuchten, weil die Anforderungen zu komplex sind. In Forschung und Wissenschaft, bei detaillierten Simulationen in der künstlichen Intelligenz und im Machine Learning sowie in umfangreichen Business-Intelligence-Szenarien werden die schnellsten der schnellen Rechner gebraucht. Dabei ist HPC immer an große Computer-Cluster gebunden: Nur diese sind schnell genug, um parallele Berechnungen durchzuführen, die selbst der größte und schnellste einzelne Rechner nicht durchführen könnte. Ein HPC-Cluster besteht aus Hunderten oder Tausenden von Rechenservern, die miteinander vernetzt sind. Wo werden die Quadrillionen-schnelle Computerbündnisse eingesetzt?

  • Vor allem die Zukunft unseres Automobils, hängt in Zukunft vom High Performance Computing ab: Die Sicherheit und das Leben der Fahrerinnen und Fahrer wird in selbstfahrenden Fahrzeugen von der Schnelligkeit der Rechner abhängig sein. Am vergangenen Wochenende starben zwei Männer bei Houston in ihrem Tesla – der selbstfahrende Wagen war gegen einen Baum geprallt, die beiden Insassen hatten auf dem Beifahrersitz und hinten gesessen. Die Untersuchungen zur Ursache laufen noch. Aber der Einsatz der Computer-Goliaths beginnt lange bevor das Fahrzeug rollt: Das Design entsteht schon jetzt meist mit HPC-gestützten Programmen ebenso wie die Mehrheit aller Tests und Crash-Tests.
  • Die militärische Anwendung ist einer der Haupttreiber der Technologie, das US-Verteidigungsministerium erweitert jedes Jahr die Budgets für computerbasierte Waffensysteme. In China sollen ab 2025 für solche Entwicklungen 60 Milliarden Dollar jährlich bereit stehen. Auf menschliche Soldaten, Piloten oder Bootsbesatzungen, so das Ziel, wird immer mehr verzichtet.
  • „Home-Care“ ist neben der Medizinforschung ein weiterer wichtiger Bereich. Die KI-Professorin Rosa Maria Alsina-Pagès von der Universität Barcelona nennt ein Forschungsbeispiel: „Sensoren analysieren spezifische akustische Ereignisse aus der Wohnung eines Senioren und identifizieren es eindeutig, was es dem medizinischen Personal ermöglicht, den Status jedes Patienten aus der Ferne in Echtzeit zu verfolgen. Egal ob Husten, Atem-Unregelmäßigkeiten oder Schlafstörungen – 82 Prozent aller Ereignisse werden schon richtig erkannt“.
  • Um neue Öl- und Gasvorkommen zu entdecken waren noch vor wenigen Jahren aufwändige und teure Probebohrungen erforderlich. Inzwischen haben Simulationen im Computerverbund die Kosten erheblich reduziert – Probebohrungen gibt es nur noch dort, wo die Rechner eine große Trefferwahrscheinlichkeit voraussagen.
  • Die Filmindustrie führt uns die Möglichkeiten von HPC längst im eigenen Wohnzimmer vor: Immer spektakulärere special effects in den neuesten Netflix-Serien sind ohne gigantische Rechnerleistungen nicht machbar.
  • HPC kann vielleicht nicht die Welt retten, aber Katastrophen und ihre Folgen vorausberechnen: „Computing und Datenanalyse werden eine immer wichtigere Rolle bei der Bewältigung zukünftiger Notfälle spielen, sei es bei Pandemien oder anderen Ereignissen wie zukünftigen Pandemien, Tornados, Waldbränden oder Nuklearkatastrophen“, sagte Manish Parashar, Direktor der US-National Science Foundation vergangene Woche dem Wallstreet Journal.

Einer der prägenden Akteure im HPC-Umfeld ist Northern Data aus Frankfurt, einer der wenigen europäischen HPC-Playern, die auf dem Weltmarkt relevant sind. Heute baut und betreibt das Jungunternehmen an 14 sogenannten Betriebsstandorten innovative Rechenzentren. Führend gilt Northern Data aufgrund der KI-basierten und 15-20-mal schneller installierbaren Hardware sowie des regenerativen Geschäftsmodells. Alle neu entwickelten Standorte arbeiten dabei mit ausschließlich erneuerbaren Energiequellen.