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Exascale-Rechnung

Exascale-Computing bezieht sich auf Computersysteme, die mindestens einen exaFLOPS oder eine Milliarde Milliarden (d.h. ein Quintillion) Berechnungen pro Sekunde durchführen können. Diese Kapazität stellt eine tausendfache Steigerung gegenüber dem ersten Petascale-Rechner dar, der 2008 in Betrieb genommen wurde[1] (Ein Exaflop sind tausend Petaflops oder ein Quintillion, 1018, doppelt genaue Gleitkommaoperationen pro Sekunde). Auf einer Supercomputing-Konferenz 2009 prognostizierte Computerworld die Implementierung von Exascale-Rechnern bis 2018[2].[2] Obwohl die Exascale-Wand für FLOPS 2019 nicht durchbrochen wurde, führte das Oak Ridge National Laboratory auf dem Summit OLCF-4 Supercomputer bei der Analyse von Genominformationen im Jahr 2018 eine Berechnung mit 1,8×1018 Operationen pro Sekunde durch (was nicht dasselbe ist wie 1,8×1018 Flops).[3] Sie waren Gordon-Bell-Preisträger beim Supercomputing 2018.

Das Exascale-Computing wäre eine bedeutende Errungenschaft in der Computertechnik, da ein Exascale-Computer eine Rechenleistung in der Größenordnung der geschätzten Rechenleistung des menschlichen Gehirns auf neuronaler Ebene[4] hätte (obwohl die zur Simulation eines menschlichen Gehirns erforderliche Funktionsleistung möglicherweise geringer ist). Das Human Brain Project zielt auf die Exascale-Rechenleistung ab.

Entwicklung

China

Ab Oktober 2018 verfügt China über zwei der vier schnellsten Supercomputer der Welt.[5] Chinas erster Supercomputer im Exascale-Maßstab wird nach Angaben des Leiters der School of Computing an der National University of Defense Technology (NUDT) bis 2020 in Betrieb genommen. Gemäß dem nationalen Plan für die nächste Generation von Hochleistungscomputern wird China während der 13. Fünf-Jahres-Planperiode (2016-2020) einen Exascale-Computer entwickeln. Die Regierung der Tianjin Binhai New Area, NUDT und das National Supercomputing Center in Tianjin arbeiten an dem Projekt. Es ist geplant, den Supercomputer im Exascale-Maßstab auf den Namen Tianhe-3 zu taufen.[6]

Vereinigte Staaten

Im Jahr 2008 stellten zwei Regierungsorganisationen der Vereinigten Staaten von Amerika innerhalb des US-Energieministeriums, das Office of Science und die National Nuclear Security Administration, dem Institute for Advanced Architectures Mittel für die Entwicklung eines Exascale-Supercomputers zur Verfügung; das Sandia National Laboratory und das Oak Ridge National Laboratory sollten ebenfalls an Exascale-Konstruktionen mitarbeiten.[7] Die Technologie sollte in verschiedenen rechenintensiven Forschungsbereichen eingesetzt werden, darunter Grundlagenforschung, Ingenieurwesen, Geowissenschaften, Biologie, Materialwissenschaften, Energiefragen und nationale Sicherheit.

Im Januar 2012 kaufte Intel die InfiniBand-Produktlinie von QLogic für 125 Millionen US-Dollar, um sein Versprechen zu erfüllen, bis 2018 eine Exascale-Technologie zu entwickeln.[9]

Bis 2012 hatten die Vereinigten Staaten 126 Millionen Dollar für die Entwicklung von Exascale-Computern bereitgestellt[10].

Im Februar 2013[11] startete die Aktivität Intelligence Advanced Research Projects Activity das Programm Cryogenic Computer Complexity (C3), das eine neue Generation von supraleitenden Supercomputern vorsieht, die auf der Grundlage der supraleitenden Logik mit exascale-Geschwindigkeit arbeiten. Im Dezember 2014 kündigte es einen mehrjährigen Vertrag mit International Business Machines, Raytheon BBN Technologies und Northrop Grumman zur Entwicklung der Technologien für das C3-Programm an.[12]

Am 29. Juli 2015 unterzeichnete Präsident Obama eine Verordnung zur Schaffung einer Nationalen Strategischen Computerinitiative, die die beschleunigte Entwicklung eines Exascale-Computersystems und die Finanzierung von Forschungsarbeiten im Bereich des Post-Halbleiter-Computings fordert.[13] Das Exascale Computing Project hofft, bis 2021 einen Exascale-Computer zu bauen.[14]

Am 18. März 2019 kündigten das US-Energieministerium und Intel an, dass der erste exaFLOP-Supercomputer im Argonne National Laboratory bis Ende 2021 in Betrieb genommen werden soll. Der Computer mit dem Namen "Aurora" soll von Intel und Cray nach Argonne geliefert werden.[15]

Am 7. Mai 2019 gab das US-Energieministerium einen Vertrag mit Cray Inc. zum Bau des Supercomputers "Frontier" im Oak Ridge National Laboratory bekannt. Der Frontier soll 2021 betriebsbereit sein und dann mit einer Leistung von mehr als 1,5 Exaflops der leistungsstärkste Computer der Welt sein[16].

Taiwan

Im Juni 2017 startete Taiwans National Center for High-Performance Computing die Bemühungen um die Entwicklung und den Bau des ersten taiwanesischen Exascale-Computers, indem es den Bau eines neuen, zwischengeschalteten Supercomputers finanzierte, der auf einem vollständigen Technologietransfer der japanischen Fujitsu Corporation basiert, die derzeit den schnellsten und leistungsfähigsten A. baut. I. basierten Supercomputer in Japan.[17][18][19][20][21] Darüber hinaus wurden zahlreiche andere unabhängige taiwanesische Bemühungen in Taiwan unternommen, die sich auf die rasche Entwicklung von Supercomputertechnologie im Exascale-Bereich konzentrieren, wie z.B. die taiwanesische Foxconn Corporation, die vor kurzem den größten und leistungsfähigsten Supercomputer der Welt entwickelt und gebaut hat.