Supercomputing
Hochleistungsrechnen
Was ist das?
Ein „Supercomputer“ ist eine umgangssprachliche Bezeichnung für eine Rechenplattform auf Rechenzentrumsniveau – meist einen Server oder einen aus Servern bestehenden Rechencluster –, die Daten mit einer Geschwindigkeit verarbeitet, die um ein Vielfaches über der Leistungsfähigkeit der aktuellen Generation von PCs für Endanwender liegt. Ein Supercomputer erreicht dieses Niveau des Hochleistungsrechnens (HPC), weil er auf einer großen Anzahl hochmoderner Recheneinheiten basiert, die zusammenarbeiten können. Dazu gehören unter anderem die neuesten CPU-Produkte, aktuelle GPU-Beschleuniger und -Module zur Beschleunigung der Verarbeitung durch paralleles Rechnen sowie weitere spezialisierte Prozessoren, die mithilfe heterogenen Rechnens zur Leistungsoptimierung beitragen können. Der Rechenknoten eines Supercomputers kann durch Speicher- und Netzwerkknoten ergänzt werden, die aus weiteren hochentwickelten Servern mit spezialisierten Funktionen bestehen. Nicht zuletzt kann ein Supercomputer innovative Methoden des Wärmemanagements wie Flüssigkeitskühlung oder Immersionskühlung einsetzen, um das volle Potenzial seiner Prozessoren auszuschöpfen und gleichzeitig einen stabilen Betrieb sicherzustellen.
Es versteht sich von selbst, dass IT-Experten die Grenzen dessen, was als Supercomputer klassifiziert werden kann, kontinuierlich erweitern. Die aktuelle Generation von Supercomputern arbeitet im Bereich von PetaFLOPS (Billiarden Gleitkommaoperationen pro Sekunde). Sehr grob gesagt ist das etwa eine Million Mal schneller als der schnellste PC für Endanwender. Das nächste Ziel ist das „Exascale Computing“, bei dem mehr als eine Trillion Gleitkommaoperationen pro Sekunde (ExaFLOPS) verarbeitet werden. Quantencomputing, das die Quantenmechanik nutzt, um Daten schneller zu verarbeiten, als es „klassische“ Computer jemals könnten, ist ein weiteres bahnbrechendes Gebiet der Informatik, das unsere Definition eines Supercomputers neu prägen könnte.
Es versteht sich von selbst, dass IT-Experten die Grenzen dessen, was als Supercomputer klassifiziert werden kann, kontinuierlich erweitern. Die aktuelle Generation von Supercomputern arbeitet im Bereich von PetaFLOPS (Billiarden Gleitkommaoperationen pro Sekunde). Sehr grob gesagt ist das etwa eine Million Mal schneller als der schnellste PC für Endanwender. Das nächste Ziel ist das „Exascale Computing“, bei dem mehr als eine Trillion Gleitkommaoperationen pro Sekunde (ExaFLOPS) verarbeitet werden. Quantencomputing, das die Quantenmechanik nutzt, um Daten schneller zu verarbeiten, als es „klassische“ Computer jemals könnten, ist ein weiteres bahnbrechendes Gebiet der Informatik, das unsere Definition eines Supercomputers neu prägen könnte.
Warum brauchen Sie Hochleistungsrechnen?
Viele moderne Erfindungen – von künstlicher Intelligenz bis zur Erforschung des Weltraums – wurden durch Hochleistungsrechnen ermöglicht. Im Folgenden finden Sie einige herausragende Beispiele dafür, wie Supercomputer unsere Welt verändert haben.
● KI: Moderne KI-Anwendungen, insbesondere im Bereich der generativen KI, benötigen enorme Mengen an Big Data, die in das KI-Modell eingespeist werden. So kann es im Rahmen des KI-Trainings lernen, bei der KI-Inferenz die richtigen Antworten zu generieren. Die Zahl der Datenparameter ist überwältigend – bei vielen Large Language Models (LLMs) kann sie in die Billionen gehen. Ohne Hochleistungsrechnen könnte die Entwicklung eines KI-Modells Jahre dauern. Dank des Hochleistungsrechnens werden täglich neue KI-Innovationen verfügbar.
● Klimawandel: Supercomputer können uns dabei helfen, uns auf die Folgen extremer Wetterereignisse vorzubereiten. Die Waseda-Universität in Japan nutzt einen aus GIGABYTE-Servern bestehenden Rechencluster, um die Auswirkungen von Taifunen und Tsunamis auf Küstenregionen zu simulieren. Die Server können mehrere Simulationen gleichzeitig und mit außergewöhnlicher Genauigkeit ausführen. Dies unterstützt die zuständigen Behörden bei Maßnahmen zur Katastrophenvorsorge. Die globale Erwärmung kann außerdem durch neue Ansätze zur Reduzierung von CO₂-Emissionen eingedämmt werden. Das spanische Institut für interdisziplinäre Physik und komplexe Systeme (IFISC) nutzt GIGABYTE-Server für die Teilnahme am Projekt „ARCTIC“, das die „Kaskadierung von Flugverspätungen“ bekämpfen will – ein Phänomen, bei dem sich die Verspätung eines Fluges auf nachfolgende Flüge überträgt und einen Schneeballeffekt auslöst, der Treibstoff verschwendet und die Luftverschmutzung erhöht. Das IFISC beteiligt sich außerdem am EU-finanzierten Projekt „VPP4ISLANDS“, in dem die Umsetzung erneuerbarer Energien mithilfe „digitaler Zwillinge“ virtuell getestet wird.
● Quantenphysik: Supercomputer sind entscheidend, um die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln. Die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN) nutzt GIGABYTEs G-Series GPU-Server G482-Z51, um Daten aus Experimenten mit subatomaren Teilchen zu verarbeiten, die am Large Hadron Collider (LHC) durchgeführt werden. Die Hochleistungsrechenplattformen können die 40 Terabyte Rohdaten verarbeiten, die der Teilchenbeschleuniger pro Sekunde erzeugt. Dadurch können Wissenschaftler neue Grenzen im Verständnis der Teilchenphysik erforschen.
● Wissenschaftliche Forschung: Die Forschung zu grüner Energie, Medizin, Molekulardynamik, Nanomaterialien und nahezu allen Wissensgebieten kann durch Hochleistungsrechnen beschleunigt werden. Eine führende technische Universität in Europa entschied sich für GIGABYTEs H262-Z63, den speziell für Supercomputer entwickelten H-Series High-Density-Server, um ihr Rechenzentrum zu modernisieren und die akademische Forschung in Ingenieurwissenschaften, Biochemie, Naturwissenschaften, Bauingenieurwesen und Mathematik zu unterstützen. In Spanien errichtete die Universität Barcelona den IQTC09-Cluster aus 26 GIGABYTE-Servern. Damit können Studierende und Lehrkräfte die Materialwissenschaft sowie die theoretische und computergestützte Chemie vertiefen. Die Universität Rey Juan Carlos nutzt einen Cluster aus 8 GIGABYTE-Servern, um die Mechanismen der Zellalterung zu erforschen und neue Erkenntnisse über Erbkrankheiten und andere Erkrankungen zu gewinnen.
● Weltraumforschung: Hochleistungsrechnen ist die Sprache, mit der wir mit Welten außerhalb der unseren kommunizieren. Das Lowell-Observatorium in Arizona sucht im Weltraum nach Exoplaneten – Planeten mit erdähnlichen Eigenschaften, auf denen möglicherweise Leben existieren kann. Forschende nutzen den GPU-Server von GIGABYTE, um das von unserer Sonne ausgesendete „Sternrauschen“ zu untersuchen und den Prozess zu beschleunigen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nutzt den H261-Z60 von GIGABYTE mit Flüssigkühlung, um unter anderem Raumsonden für Missionen zum Mars zu starten.
● KI: Moderne KI-Anwendungen, insbesondere im Bereich der generativen KI, benötigen enorme Mengen an Big Data, die in das KI-Modell eingespeist werden. So kann es im Rahmen des KI-Trainings lernen, bei der KI-Inferenz die richtigen Antworten zu generieren. Die Zahl der Datenparameter ist überwältigend – bei vielen Large Language Models (LLMs) kann sie in die Billionen gehen. Ohne Hochleistungsrechnen könnte die Entwicklung eines KI-Modells Jahre dauern. Dank des Hochleistungsrechnens werden täglich neue KI-Innovationen verfügbar.
● Klimawandel: Supercomputer können uns dabei helfen, uns auf die Folgen extremer Wetterereignisse vorzubereiten. Die Waseda-Universität in Japan nutzt einen aus GIGABYTE-Servern bestehenden Rechencluster, um die Auswirkungen von Taifunen und Tsunamis auf Küstenregionen zu simulieren. Die Server können mehrere Simulationen gleichzeitig und mit außergewöhnlicher Genauigkeit ausführen. Dies unterstützt die zuständigen Behörden bei Maßnahmen zur Katastrophenvorsorge. Die globale Erwärmung kann außerdem durch neue Ansätze zur Reduzierung von CO₂-Emissionen eingedämmt werden. Das spanische Institut für interdisziplinäre Physik und komplexe Systeme (IFISC) nutzt GIGABYTE-Server für die Teilnahme am Projekt „ARCTIC“, das die „Kaskadierung von Flugverspätungen“ bekämpfen will – ein Phänomen, bei dem sich die Verspätung eines Fluges auf nachfolgende Flüge überträgt und einen Schneeballeffekt auslöst, der Treibstoff verschwendet und die Luftverschmutzung erhöht. Das IFISC beteiligt sich außerdem am EU-finanzierten Projekt „VPP4ISLANDS“, in dem die Umsetzung erneuerbarer Energien mithilfe „digitaler Zwillinge“ virtuell getestet wird.
● Quantenphysik: Supercomputer sind entscheidend, um die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln. Die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN) nutzt GIGABYTEs G-Series GPU-Server G482-Z51, um Daten aus Experimenten mit subatomaren Teilchen zu verarbeiten, die am Large Hadron Collider (LHC) durchgeführt werden. Die Hochleistungsrechenplattformen können die 40 Terabyte Rohdaten verarbeiten, die der Teilchenbeschleuniger pro Sekunde erzeugt. Dadurch können Wissenschaftler neue Grenzen im Verständnis der Teilchenphysik erforschen.
● Wissenschaftliche Forschung: Die Forschung zu grüner Energie, Medizin, Molekulardynamik, Nanomaterialien und nahezu allen Wissensgebieten kann durch Hochleistungsrechnen beschleunigt werden. Eine führende technische Universität in Europa entschied sich für GIGABYTEs H262-Z63, den speziell für Supercomputer entwickelten H-Series High-Density-Server, um ihr Rechenzentrum zu modernisieren und die akademische Forschung in Ingenieurwissenschaften, Biochemie, Naturwissenschaften, Bauingenieurwesen und Mathematik zu unterstützen. In Spanien errichtete die Universität Barcelona den IQTC09-Cluster aus 26 GIGABYTE-Servern. Damit können Studierende und Lehrkräfte die Materialwissenschaft sowie die theoretische und computergestützte Chemie vertiefen. Die Universität Rey Juan Carlos nutzt einen Cluster aus 8 GIGABYTE-Servern, um die Mechanismen der Zellalterung zu erforschen und neue Erkenntnisse über Erbkrankheiten und andere Erkrankungen zu gewinnen.
● Weltraumforschung: Hochleistungsrechnen ist die Sprache, mit der wir mit Welten außerhalb der unseren kommunizieren. Das Lowell-Observatorium in Arizona sucht im Weltraum nach Exoplaneten – Planeten mit erdähnlichen Eigenschaften, auf denen möglicherweise Leben existieren kann. Forschende nutzen den GPU-Server von GIGABYTE, um das von unserer Sonne ausgesendete „Sternrauschen“ zu untersuchen und den Prozess zu beschleunigen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nutzt den H261-Z60 von GIGABYTE mit Flüssigkühlung, um unter anderem Raumsonden für Missionen zum Mars zu starten.
Wie unterstützt GIGABYTE?
Als führender Anbieter von Hochleistungsservern, Server-Motherboards und Workstations unterstützt GIGABYTE Technology Kunden dabei, Supercomputing in ihre Projekte zu integrieren, wie die oben genannten Fallstudien zeigen. GIGABYTE bietet zwei Hauptkategorien von Supercomputing-Produkten: Serverlösungen und Kühlsysteme zur Unterstützung der Server.
● Serverlösungen: Wie bereits erwähnt, können Supercomputer Daten mit extrem hoher Geschwindigkeit verarbeiten, da sie mit den neuesten Prozessoren ausgestattet sind. Dank der engen Beziehungen von GIGABYTE zu führenden Chip-Herstellern wie AMD, Intel und NVIDIA verfügen GIGABYTE-Server über die neuesten Entwicklungen im Bereich der Serverprozessoren. Bei den CPUs unterstützen GIGABYTE-Server die fortschrittlichsten AMD EPYC™ 9004- oder Intel® Xeon® Scalable-Prozessoren der 4. Generation. Bei den GPU-Beschleunigern gehören die AMD Instinct™ MI300-Serie, NVIDIA HGX™ H100-Module und NVIDIA L40S zu den innovativsten Optionen, von denen Sie bei der Wahl von GIGABYTE profitieren können.
Tatsächlich sind dies nicht die einzigen Optionen. NVIDIA Grace Hopper™ Superchips und AMDs APUs der Data-Center-Klasse, wie die Instinct™ MI300A, sind Beispiele dafür, wie Hersteller CPU- und GPU-Funktionen in einem Chip kombinieren und die Leistung optimieren, um die Grenzen des Hochleistungsrechnens zu erweitern. ARM-Prozessoren, die sich die vereinfachte RISC-Architektur zunutze machen, um mehr Kerne in einer einzigen Prozessoreinheit unterzubringen, sind eine weitere leistungsfähige Alternative für das Hochleistungsrechnen. Fugaku, einer der leistungsfähigsten Supercomputer der Welt, wird von ARM-Prozessoren angetrieben. GIGABYTE bietet eine umfassende Produktlinie von ARM-Servern. Ein herausragendes Beispiel ist der R283-P93, der mit CPUs der AmpereOne™-Familie ausgestattet ist und bis zu 192 Kerne in einem einzigen Prozessor bereitstellt.
Je nach Art Ihrer Hochleistungsrechen-Workloads und dem Einsatzort Ihrer Server können Sie für die Rechenleistung die oben genannten Server der H-Serie und G-Serie in Betracht ziehen. Für die Datenspeicherung stehen außerdem GIGABYTEs Storage-Server der S-Serie zur Verfügung. Die Rack-Server der R-Serie bieten eine vielseitige Kombination aus Rechenleistung, Speicher und Netzwerkfunktionen. Für die Installation auf begrenztem Raum eignen sich Edge-Server der E-Serie oder Workstation-Produkte der W-Serie.
● Kühlsysteme: Je leistungsfähiger Supercomputer werden, desto wichtiger ist es, die fortschrittlichen Prozessoren zu kühlen. Ein optimales Wärmemanagement setzt nicht nur das volle Potenzial der Chips frei und gewährleistet einen stabilen Betrieb, sondern verbessert auch die Power Usage Effectiveness (PUE) des Rechenzentrums und unterstützt den Betreiber dabei, seine Ziele in den Bereichen CO₂-Emissionen und Nachhaltigkeit zu erreichen.
GIGABYTE bietet Flüssigkeitskühlungs- und Immersionskühlungslösungen zur Unterstützung seiner Serverprodukte. Der A1P0-EA0 von GIGABYTE ist ein Immersionstank für einphasige Kühlung, der immersionsgeeignete Server, Immersionstank und Kühlmittel zu einer Komplettlösung kombiniert. Viele der oben genannten GIGABYTE-Server mit den neuesten Prozessoren können außerdem für Direct Liquid Cooling (DLC) ausgestattet werden. Zu den zufriedenen Kunden von GIGABYTEs innovativen Kühlsystemen gehören der japanische Telekommunikationskonzern KDDI und ein französisches geowissenschaftliches Forschungsunternehmen, das Dienstleistungen für die Geowissenschaften sowie die Öl- und Gasförderindustrie anbietet.
● Serverlösungen: Wie bereits erwähnt, können Supercomputer Daten mit extrem hoher Geschwindigkeit verarbeiten, da sie mit den neuesten Prozessoren ausgestattet sind. Dank der engen Beziehungen von GIGABYTE zu führenden Chip-Herstellern wie AMD, Intel und NVIDIA verfügen GIGABYTE-Server über die neuesten Entwicklungen im Bereich der Serverprozessoren. Bei den CPUs unterstützen GIGABYTE-Server die fortschrittlichsten AMD EPYC™ 9004- oder Intel® Xeon® Scalable-Prozessoren der 4. Generation. Bei den GPU-Beschleunigern gehören die AMD Instinct™ MI300-Serie, NVIDIA HGX™ H100-Module und NVIDIA L40S zu den innovativsten Optionen, von denen Sie bei der Wahl von GIGABYTE profitieren können.
Tatsächlich sind dies nicht die einzigen Optionen. NVIDIA Grace Hopper™ Superchips und AMDs APUs der Data-Center-Klasse, wie die Instinct™ MI300A, sind Beispiele dafür, wie Hersteller CPU- und GPU-Funktionen in einem Chip kombinieren und die Leistung optimieren, um die Grenzen des Hochleistungsrechnens zu erweitern. ARM-Prozessoren, die sich die vereinfachte RISC-Architektur zunutze machen, um mehr Kerne in einer einzigen Prozessoreinheit unterzubringen, sind eine weitere leistungsfähige Alternative für das Hochleistungsrechnen. Fugaku, einer der leistungsfähigsten Supercomputer der Welt, wird von ARM-Prozessoren angetrieben. GIGABYTE bietet eine umfassende Produktlinie von ARM-Servern. Ein herausragendes Beispiel ist der R283-P93, der mit CPUs der AmpereOne™-Familie ausgestattet ist und bis zu 192 Kerne in einem einzigen Prozessor bereitstellt.
Je nach Art Ihrer Hochleistungsrechen-Workloads und dem Einsatzort Ihrer Server können Sie für die Rechenleistung die oben genannten Server der H-Serie und G-Serie in Betracht ziehen. Für die Datenspeicherung stehen außerdem GIGABYTEs Storage-Server der S-Serie zur Verfügung. Die Rack-Server der R-Serie bieten eine vielseitige Kombination aus Rechenleistung, Speicher und Netzwerkfunktionen. Für die Installation auf begrenztem Raum eignen sich Edge-Server der E-Serie oder Workstation-Produkte der W-Serie.
● Kühlsysteme: Je leistungsfähiger Supercomputer werden, desto wichtiger ist es, die fortschrittlichen Prozessoren zu kühlen. Ein optimales Wärmemanagement setzt nicht nur das volle Potenzial der Chips frei und gewährleistet einen stabilen Betrieb, sondern verbessert auch die Power Usage Effectiveness (PUE) des Rechenzentrums und unterstützt den Betreiber dabei, seine Ziele in den Bereichen CO₂-Emissionen und Nachhaltigkeit zu erreichen.
GIGABYTE bietet Flüssigkeitskühlungs- und Immersionskühlungslösungen zur Unterstützung seiner Serverprodukte. Der A1P0-EA0 von GIGABYTE ist ein Immersionstank für einphasige Kühlung, der immersionsgeeignete Server, Immersionstank und Kühlmittel zu einer Komplettlösung kombiniert. Viele der oben genannten GIGABYTE-Server mit den neuesten Prozessoren können außerdem für Direct Liquid Cooling (DLC) ausgestattet werden. Zu den zufriedenen Kunden von GIGABYTEs innovativen Kühlsystemen gehören der japanische Telekommunikationskonzern KDDI und ein französisches geowissenschaftliches Forschungsunternehmen, das Dienstleistungen für die Geowissenschaften sowie die Öl- und Gasförderindustrie anbietet.
