Exascale Computing
Was ist Exascale Computing?
Exascale Computing ist eine neue Stufe des Supercomputing, die in der Lage ist, mindestens einen Exaflop Gleitkommaberechnungen pro Sekunde durchzuführen, um die umfangreichen Workloads konvergenter Modellierung, Simulation, KI und Analyse zu unterstützen.
Welche Vorteile bietet Exascale Computing?
Die wesentlichen Vorteile des Exascale Computing beruhen auf der Fähigkeit, komplexeste Probleme zu lösen.
Wissenschaftliche Erkenntnisse: Wissenstechnologien verändern sich permanent. Durch Entwicklungen, Validierungen und Studien, die für den wissenschaftlichen Fortschritt entscheidend sind, besteht ein dringender Bedarf an Supercomputing. Exascale Computing hat die erforderliche Leistung, um die Herkunft chemischer Elemente zu klären, instabile Chemikalien und Materialien zu kontrollieren, Naturgesetze zu validieren und die Teilchenphysik zu untersuchen. Studien und Analysen zu diesen Themen haben zu wissenschaftlichen Erkenntnissen geführt, die ohne Supercomputing unerreichbar gewesen wären.
Sicherheit: Es gibt einen großen Bedarf an Supercomputing im Sicherheitssektor. Exascale Computing unterstützt uns dabei, neuen physischen und Cyber-Bedrohungen für die nationale, energetische und wirtschaftliche Sicherheit zu widerstehen – und fördert gleichzeitig Wachstum und Effizienz in der Nahrungsmittelproduktion, der nachhaltigen Stadtplanung und beim Katastrophenschutz.
- Die nationale Sicherheit profitiert von der Fähigkeit des Exascale Computing, intelligent auf Bedrohungen zu reagieren und feindliche Umgebungen zu analysieren. Diese Art des Computing erfolgt mit nahezu unvorstellbaren Geschwindigkeiten und wirkt unzähligen Risiken und Bedrohungen für die nationale Sicherheit entgegen.
- Energiesicherheit kann über Exascale Computing erreicht werden, da es nicht nur die Konzeption emissionsarmer Technologien ermöglicht, sondern auch die Analyse von stressresistenten Nutzpflanzen unterstützt. Die Sicherstellung nachhaltiger Nahrungsmittel- und Energieressourcen ist ein entscheidender Teil der Sicherheitsbemühungen eines Landes.
- Die wirtschaftliche Sicherheit wird durch Exascale Computing an mehreren Fronten verbessert. Exascale Computing ermöglicht eine genaue Risikobewertung von Naturkatastrophen, z. B. bei der Vorhersage von Erdbeben und der Entwicklung proaktiver Lösungen. Auch die Stadtplanung profitiert vom Supercomputing, da es die Planung einer effizienteren Auslastung und den Bau von Energie- und Stromnetzen unterstützt.
Gesundheitssektor: Der Medizinbranche profitiert in hohem Maße vom Exascale Computing, insbesondere im Bereich der Krebsforschung. Mit prädiktiven Modellen für Arzneimittelreaktionen und intelligenten Automatisierungskapazitäten haben wurden kritische Prozesse in der Krebsforschung revolutioniert und beschleunigt.
Warum ist Exascale Computing so wichtig?
Wir müssen Fortschritte in den angewandten Wissenschaften erzielen, wenn wir die Entscheidungsfindung verbessern und unser Verständnis des Universums erweitern wollen. Exascale Computing oder auch Exascale Supercomputing, ist erforderlich, um dieses Verständnis zu beschleunigen. Wissenschaftler und Ingenieure können die durch Exascale Supercomputing ermöglichte Datenanalyse anwenden, um die Grenzen unseres derzeitigen Wissens zu erweitern und revolutionäre Innovationen in Wissenschaft und Technik voranzutreiben.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Exascale Computing auf der ganzen Welt steigt die Nachfrage nach einer Ausweitung und Steigerung der Supercomputing-Kapazitäten, um die globale Führungsrolle in Wissenschaft und Technologie zu erhalten. Durch die Hinzunahme von künstlicher Intelligenz (KI), maschinellem Lernen (ML) sowie Modellierung und Simulation sind Exascale-Computer heute leistungsfähiger als je zuvor.
Exascale Computing treibt einen rasanten Fortschritt in Technologie und Wissenschaft an. Die schiere Leistung dieser Maschinen erfordert eine verantwortungsvolle Verwendung: Überall auf der Welt erleben Gesellschaften einen dynamischen Wandel in moralischen Strukturen und Erwartungen an die Nachhaltigkeit. Mit Exascale Computing beginnen wir, Lösungen für Probleme zu finden, die zuvor als unlösbar galten.
Wie funktioniert Exascale Computing?
Exascale Computing-Systeme analysieren und lösen 1.000.000.000.000.000.000 Gleitkommaoperationen pro Sekunde (sog. FLOPS) und simulieren dabei die Methoden und Wechselwirkungen der fundamentalen Kräfte im Universum.
Diese Supercomputer wurden von Grund auf so gestaltet, dass sie die massiven Anforderungen der heutigen Workloads in den Bereichen Simulation, konvergierte Modellierung, KI und Analyse bewältigen können. Exascale Supercomputer liefern eine zuverlässige Leistung, indem sie eine Mischung aus Prozessoren und GPUs, sogar aus verschiedenen Generationen, Multisocket-Nodes und sonstigen Verarbeitungsgeräten in einer einzigen integrierten Infrastruktur unterstützen.
Da sich Workloads zügig weiterentwickeln, ist die Computing-Architektur kritisch für die Unterstützung der Anforderungen Ihres Unternehmens. Supercomputer können über mehrere Optionen zur Chip-Verarbeitung sowie eine zentrale Infrastruktur für das Management und die Entwicklung von Anwendungen verfügen.
Wir brauchen Computer, die in der Lage sind, die komplexesten Forschungsfragen der Welt zu beantworten. Exascale Computer haben die Fähigkeit, über die Bewegung von Daten zwischen Prozessoren und Speichern diese Fragen schnell und ohne Verzögerung zu beantworten – trotz der riesigen Menge an Hardware und Komponenten, die für ihren Bau benötigt werden.
Exascale Computing vs. Quanteninformatik
Exascale Computing
Exascale Computing ist eine Art von extrem leistungsfähigem Supercomputing, bei dem Systeme Milliarden Berechnungen pro Sekunde durchführen und dabei eine Infrastruktur aus Prozessoren und GPUs zur Verarbeitung und Analyse von Daten nutzen. Diese Art des Rechnens erfolgt durch digitale Systeme in Verbindung mit der leistungsfähigsten Hardware der Welt.
Quantencomputing
Die Quanteninformatik fällt nicht unter die herkömmlichen Computing-Methoden, da Quantensysteme binäre Codes verwenden, um im selben Moment aktiv zu sein. Dieser Prozess baut darauf auf, dass die Überlagerung und Verschränkung von Codes gleichzeitig stattfinden kann, um Probleme effektiv zu analysieren und zu lösen, was durch die Gesetze der Quantentheorie in der Physik ermöglicht wird.
Gegenwärtig kann Exascale Computing deutlich schneller als Quanteninformatik Probleme verarbeiten und lösen, Informationen bereitstellen und technologische Entwicklungen liefern. Die Quanteninformatik ist jedoch auf dem besten Weg, die Exascale-Computing-Kapazität noch einmal weit zu übertreffen. Sie erfordert zudem einen wesentlich geringeren Energieverbrauch, um ähnliche Workloads wie Exascale Supercomputer zu bewältigen.
Was ist ein Exascale-Computer?
Ein Exascale Computer ist ein massives Computersystem, das in Lager- oder Forschungsgebäuden ganze Schränke ausfüllt. Diese Computer sind in der Regel im Besitz von Regierungen, können aber auch großen Konzernen gehören. Im Grunde sind Exascale Supercomputer so teuer, dass Wissenschaftler und Forscher in der Regel auf Zuschüsse angewiesen sind, um sie mieten zu können.
Computersysteme, die zum Exascale Computing fähig sind, erzeugen aufgrund der hohen Verarbeitungsleistung enorme Wärme. Sie müssen in den Systemen und Racks über spezielle Kühlgeräte verfügen oder in einem extrem kalten Klima aufgestellt werden, um ihre ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten. Sie sind digitale Computer mit höchster Kapazität und leistungsfähigster Hardware, was sie von anderen Supercomputern oder Quantencomputern unterscheidet.
Exascale Computer simulieren grundlegende physikalische Gesetze, wie z. B. die granularen Wechselwirkungen zwischen Atomen, um unser Wissen über das Universum und alles darin zu erweitern. Mehrere Branchen nutzen diese Funktionen, um die Zukunft der Welt besser zu verstehen, vorherzusagen und zu beeinflussen. Wenn zum Beispiel Forscher der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) versuchen, ihre Wettervorhersagen zu verbessern, untersuchen sie jede mögliche Interaktion von Regen, Wind, Wolken und anderen Phänomenen in der Atmosphäre, um die Auswirkungen jedes Elements bis auf die atomare Ebene in Erfahrung zu bringen.
Diese Berechnungen werden über grundlegende mathematische Gleichungen für jede Interaktion zwischen jeder einzelnen Kraft in einer bestimmten Umgebung, in einem bestimmten Moment, auf die Millisekunde genau durchgeführt. Diese einfachen Wechselwirkungen bilden schnell Billionen von Kombinationen, die wiederum durch Billionen von kompilierten mathematischen Gleichungen berechnet und analysiert werden. Nur ein Exascale Computer kann mit dieser Geschwindigkeit rechnen. Die Berechnungen ergeben ein Bild oder eine Simulation der einzelnen Interaktionen, um unser Verständnis des Universums zu verbessern. Exascale Supercomputer bilden damit also buchstäblich unser Wissen ab und helfen uns, die Herausforderungen von morgen zu meistern.
HPE und Exascale Computing
Die HPE Cray EX Supercomputer bieten revolutionäre Funktionen für revolutionäre Fragen und setzen den Maßstab für die nächste Ära der Wissenschaft und bahnbrechender Entdeckungen. Sie können ohne bewegliche Teile und mit direkter Flüssigkeitskühlung (DLC) gebaut werden, um ein Höchstmaß an Nachhaltigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig das höchste Funktionsniveau für extrem große und komplexe Workloads zu erhalten. Mit der Fähigkeit, verschiedene Generationen von Prozessoren (CPUs) und Grafikprozessoren (GPUs) miteinander zu kombinieren, ist die Infrastruktur flexibel erweiterbar, wenn mit den technologischen Fortschritten in Rechenumgebungen neue Entwicklungen und Upgrades verfügbar werden.
HPE bietet auch den HPE Cray Supercomputer mit einer 19-Zoll-Rack-Standardkonfiguration in einem 2U Computing-Server an. Damit bietet sich die Möglichkeit eines kleineren Systems, das dennoch den gleichen Funktionsumfang wie die HPE Cray EX-Systeme hat. Es ist ideal für Unternehmen, die sich mit ihrer Dateninfrastruktur in Richtung Supercomputing weiterentwickeln möchten und Erweiterungsoptionen für zukünftige Leistungssteigerungen benötigen.
Um den Anforderungen von Unternehmen mit dringenden Problemen Rechnung zu tragen, werden die HPE Cray Supercomputer von den weltweit führenden Prozessoren angetrieben: AMD EPYC™ CPUs und AMD Instinct™ GPUs werden in Kombination eingesetzt, um große Datensätze mit höchster Geschwindigkeit und Leistung zu verarbeiten. Und mit HPE Slingshot kann Ihr Unternehmen eine Brücke zwischen Supercomputing, Cloud und Rechenzentren schlagen, um eine optimale Supercomputing-Umgebung aufzubauen.