ISC High Performance 2022 in Hamburg HPE-Superrechner erreicht mit AMD-Prozessoren erstmals Exascale-Rechenleistung

Von M.A. Jürgen Höfling

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1,1 Trillionen Gleitkomma-Operationen mit 64-Bit-Genauigkeit in der Sekunde schafft der neue Superrechner „Frontier“ von HPE und wurde damit auf der „ISC High Performance 2022“ in Hamburg als neue Nummer 1 der „Top500“-Liste der klassischen Supercomputer präsentiert.

Der „Frontier“ von HPE ist die neue Nummer 1 in der Top500-Liste der Superrechner.
Der „Frontier“ von HPE ist die neue Nummer 1 in der Top500-Liste der Superrechner.
(Bild: HPE )

Alle sechs Monate ist in der weltweiten Superrechner-Szene schon seit Professor Meuers Zeiten „Ranking-Time“ (Informatik-Professor Meuer von der Uni Mannheim ist der Vater der ISC). Dann wird die Top500-Tabelle neu ausgerichtet, mittlerweile auch die Green500-Tabelle und die HPL-AI-Liste. Die beiden letzteren orientieren ihre Mess-Parameter an Energie-Effizienz („Green500“) beziehungsweise den speziellen Anforderungen („gemischte Gleitkomma-Präzision“) der typischen Workloads im KI- beziehungsweise ML-Bereich.

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Auf der diesjährigen ISC High Performance 2022 im Hamburger Messezentrum, die nach gut zwei Jahren zum ersten Mal simultan als Präsenz- und als Digitalveranstaltung stattfand, gab es nicht nur die üblichen Permutationen in der Platzierung, sondern mit dem HPE Cray-Superrechner „Frontier“ als neuem Primus einen ersten Rechner, der die Exascale-Barriere durchbricht. Die im US-amerikanischen Oak Ridge National Laboratory befindliche neue Nummer 1 der Top500 erbringt nach Angaben von Hersteller und Erst-Anwender 1,1 ExaFlops Leistung, also 1,1 Trillionen (10 hoch 18) Gleitkomma-Operationen mit 64-Bit Genauigkeit in der Sekunde.

Sowohl bei den Top500 als auch den Green500 an der Spitze

Der Exascale-Pionier besteht aus 74 HPE EX Cray-Schränken. Jeder Rechnerknoten enthält dabei einen optimierten „AMD Epyc“-Prozessor der dritten Generation und vier „AMD Instinct MI250x“-Beschleuniger. Insgesamt hat der „Frontier“ im Oak Ridge-Labor 9 408 CPUs und 37 632 GPUs. 90 Meilen (fast 145 Kilometer) an Slingshot-Netzwerkkabeln, eine von HPE entwickelte Ethernet-Vermaschung in Hardware und Software liefern die „für die nächste Generation von Lösungen im Bereich des Hochleistungsrechnens und der Künstlichen Intelligenz“ erforderliche Leistung.

Das in „Frontier“ verbaute „Cray Clusterstor E1000“-Speichersystem stellt 700 Petabyte zur Verfügung, wobei mehr als 35 Terabyte an Daten pro Sekunde im Speicher abgelegt werden sowie mehr als 15 Milliarden E/A-Operationen in der Sekunde ablaufen können.

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Der Exascale-Rechner im Oak Ridge-Labor arbeitet mit Wasserkühlung, wobei für die besonders heißen Stellen wie Prozessoren und Switches noch einmal spezielle lokale Kühlungseinheiten installiert wurden. Insgesamt „zieht“ die neue Superrechner-Anlage 29 Megawatt an Leistung.

Das dürfte nicht weit unter dem Verbrauch einer (industriearmen) Kleinstadt liegen. Gleichwohl belegt „Frontier“ auch in der Liste der 500 Energie-effizientesten Superrechner einen Spitzenplatz.

3 HPE-Rechner unter den ersten 10

Auch abseits von „Frontier“ mischt HPE innerhalb der neuen Top500-Liste die Wettbewerber kräftig auf. So ist der „Lumi“-Supercomputer der staatlichen finnischen Forschungsorganisation CSC in der Stadt Kajaani in Mittelfinnland (Karelien) auf dem dritten Platz, der „Perlmutter“-Superrechner des wissenschaftlichen Rechenzentrums des US-amerikanischen Energieministeriums (NERSC) auf Platz 7 und der Adastra-Superrechner der französischen Forschungseinrichtung Genci-Cines auf Platz 10.

Platz 2 der neuen Rangliste hält der bisherige Spitzenreiter, der Fugaku-Superrechner im japanischen Riken Centre for Computational Research, Platz 4 belegt mit dem „Summit“ ein weiterer Superrechner aus dem Oak Ridge-Labor in Tennessee und Platz 5 der „Sierra“-Rechner im Lawrence Livermore-Forschungsinstitut in Kalifornien.

Außerdem finden sich unter den ersten 10 noch zwei Superrechner aus China (Platz 6, „Sunway“ und Platz 9, „Tianhe-2A“) sowie mit „Selene“ ein weiterer Rechner aus den USA. Platz 11 belegt dann mit dem Jülicher „Juwel Booster“ der erste deutsche Superrechner.

Klassische Superrechner und (hybride) Quantenrechner

Auffällig und beeindruckend an der auf der ISC 2022 in Hamburg präsentierten aktuellen Top500-Liste ist die breite Dominanz der Prozessoren von AMD (Epyc 3rd Generation und Beschleuniger Instinct). Der „Intel Xeon“-Prozessor findet sich im Bereich der ersten 10 nur noch im chinesischen Tianhe-2A-Rechner, die Power-Prozessoren von IBM immerhin in den US-amerikanischen Rechnern Summit und Sierra.

Soll man angesichts dieser neuen Top500-Liste nun eine neue Prozessor-Dominanz von AMD ausrufen? Wohl eher nicht.

Zum einen spiegeln klassische Supercomputer nur ein Architekturelement unter mehreren in der weltweiten Anwendungs-Szenerie wider, zum anderen sind Prozessor-Hersteller wie Nvidia und Intel auch künftig im Rennen. Darüber hinaus entstehen durch das sich entwickelnde Quantenrechner-Paradigma mit seinen vielen nativen und (besonders) den hybriden Ausprägungen ganz neue Möglichkeiten.

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Nicht zuletzt ist auch die Definition dessen, was man Exascale-Computing nennt, nicht in Stein gemeißelt. So hat im Februar dieses Jahres Atos mit dem „Bull Sequana XH3000“ in Paris einen Supercomputer vorgestellt, der eine Leistung von einigen PetaFlops bis zu ExaFlops für herkömmliche digitale Simulationen mit doppelter Genauigkeit und bis zu 10 ExaFlops für KI-Leistungen mit gemischter Genauigkeit bieten soll.

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