Rechenleistung jetzt und gleich Supercomputer und Quantencomputing mit Nvidia

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Zu den jüngsten Ankündigungen von Nvidia gehören Initiativen rund um das Quantencomputing. Dazu gehören das „Quantum Lab“ in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich und ein Durchbruch bei der Entwicklung extrem Energie-effizienter Strahltriebwerke in Kooperation mit Rolls-Royce.

Eins vorweg: Quantencomputer in großem kommerziellen Maßstab gibt es (noch) nicht, gemessen an Stückzahlen. Es geht hier nicht um ein Upgrade einer Technologie, sondern um etwas Neues.

Mit Hilfe von Qubits könnten Quantencomputer Berechnungen durchführen, für die klassische Computer sehr lange brauchen würden, wenn sie diese Aufgabe überhaupt lösen könnten. Denn im Wesentlichen wird 'alles auf einmal' und nicht, wie üblich, nacheinander berechnet wird, was enorme Geschwindigkeitssteigerungen zufolge hat.

Um die IT auf dieses neue Rechnen vorzubereiten, braucht es Rechner und Software, mit denen sich das Verhalten von Qubits simulieren lässt; im besten Fall lassen sich gar Anwendungen entwickeln.

Gemeinsame Sache das Quantum Lab und das Forschungszentrum Jülich

Obwohl also Quantencomputer noch nicht marktreif sind, beeinflussen sie bereits eine neue Generation von Simulationen. Und Nvidia ist wild entschlossen, die Realisierung von Anwendungen, die demnächst auf Quantencomputern laufen sollen, zu pushen. Dafür sucht sich der GPU-Marktführer Partnern.

Mit dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) und in Zusammenarbeit mit der dem Unternehmen Partec aus München, wird Nvidia ein Quantum Lab einrichten. Hier soll das 'hybrid-quantum-classical computing' im Mittelpunkt der Aktivitäten stehen, um das Beste aus dem klassischen Computer- und der neuen Quantencomputer-Welt rauszuholen. Hybride Systeme gelten als die praxisnahe Option zu Quantencomputing pur.

Quantencomputer ziehen ins Rechenzentrum ein

Rechenzentren und Forschungseinrichtungen weltweit, angeführt von Pionieren wie dem Leibniz Rechenzentrum (LRZ), tüfteln fieberhaft an der Integration von Quantenprozessoren mit klassischen Systemen. Ein wahrer Goldrausch um den Quantenvorteil und die Quantenüberlegenheit ist ausgebrochen.

Es ist unser erstes eBook (Mai 2023) zum Quantencomputing überhaupt und die Inhalte sind spannend. Laura Schulz, Leiterin der Abteilung Quantum Computing und Technologien am LRZ, liefert zum Beispiel Einblicke in die Praxis und in den Stand der Forschung. Ihre Expertise wird zum roten Faden durch die verschiedenen Aspekte der Integration von klassischer IT und den Quantencomputern.

>>> eBook „Quantencomputer ziehen ins Rechenzentrum ein“ zum Download

Das FZJ, eines der größten interdisziplinären Forschungszentren in Europa, wird das Labor als Teil der „Jülich Unified Infrastructure for Quantum Computing“ (Juniq) betreiben, um hochleistungsfähige und latenzarme Quantencomputer zu betreiben. Juniq nutzt derzeit das „Juwels“- Booster-System mit 3.744 „Nvidia A100“ Tensor Core GPUs für Quantencomputing-Simulationen.

Die Nvidia Quantencomputing-Plattform ermöglicht eine enge Integration von Quanten- und klassischem Computing durch das Open-Source-Programmiermodell „Cuda Quantum“ und aufwendige Simulationen durch das „cuQuantum Software Development Kit“ von Nvidia.

Timothy Costa, Director of HPC and Quantum bei Nvidia, sagt dazu: „Die Vereinheitlichung von Quantencomputing und GPU-Supercomputing ist ein wichtiger Bestandteil, um die wissenschaftlichen Durchbrüche von morgen zu ermöglichen. Die Zusammenarbeit von Nvidia mit Innovatoren wie dem Jülich Supercomputing Centre und Partec stellt einen wichtigen Meilenstein für das klassische Quantencomputing dar, der es unzähligen neuen Forschern zugänglich macht und den ersten quantenbeschleunigten Supercomputer einen Schritt näher bringt.“

Nvidia und Rolls-Royce melden Durchbruch

Eine weitere Partnerschaft von Nvidia, diesmal im Bereich der Triebwerkstechnik, ist ein gutes Anwenderbeispiel, das zeigt, was heute schon möglich ist. Zusammen mit der Firma Rolls-Royce und dessen Partner Classiq melden die Unternehmen einen technologischen Durchbruch, der hilft, die Effizienz von Düsentriebwerken kräftig zu steigern.

Quantenalgorithmen für numerische Strömungsmechanik

Classiq startet Zusammenarbeit mit Rolls-Royce

Ein bisschen noch wie Lochkartenprogrammierung

Quantensoftware auf dem Sprung zum echten Problemlöser

Die Partner haben den Schaltkreis mit der „Classiq-Synthese-Engine“ entworfen und anschließend mithilfe von A100 Tensor Core Grafikprozessoren simuliert. Die Geschwindigkeit und Skalierbarkeit des Prozesses wurde durch Nvidia cuQuantum ermöglicht, ein Software-Entwicklungs-Kit, das optimierte Bibliotheken und Tools zur Beschleunigung von Quantencomputing-Workflows enthält.

Grace and Green

Außerdem hatte Nvidia den Supercomputer „Isambard 3" angekündigt, der auf 'Superchip" mit der „Nvidia Grace“-CPU basiert, Dieser gesellt sich zu einer ganzen Reihe von neuen, Energie-effizienten Supercomputern auf Basis der „ARM Neoverse“-Plattformen ein. Denn weitere Nvidia ARM-basierten Supercomputer werden am Schweizer Nationalen Supercomputing Centre und am Los Alamos National Laboratory in den USA gebaut.

Simon McIntosh-Smith, leitender Forscher des Isambard-Projekts und Professor für HPC an der Universität Bristol, erläutert: „Die bis zu 6-fache Anwendungsleistung von Isambard 3, die mit vielen der 50 schnellsten TOP500-Systeme konkurriert, wird Wissenschaftlern eine revolutionäre neue Supercomputing-Plattform bieten, um bahnbrechende Forschungen voranzutreiben."

Der Supercomputer soll im Bristol & Bath Science Park in Großbritannien stehen. Er wird mit 384 ARM-basierten Nvidia Grace CPUs ausgestattet sein, um medizinische und wissenschaftliche Forschung zu unterstützen. Er soll eine FP64-Spitzenleistung von etwa 2,7 PetaFlops erreichen, dabei aber weniger als 270 Kilowatt Strom verbrauchen.

Damit soll er zu den drei umweltfreundlichsten nicht-beschleunigten Supercomputern der Welt gehören. Ian Buck, Vice President of Hyperscale and HPC bei Nvidia, betont: „Da der Klimawandel zu einem zunehmend existenziellen Problem wird, ist es für die Computerbranche unerlässlich, Energie-effiziente Technologien einzusetzen."

*Carolina Heyder lebt in Starnberg und ist freie Journalistin.

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