Sparsame Superrechner Was ist, sind die Green500?

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Die „Top500“ der leistungsfähigsten Rechner der Welt sind weithin bekannt. Doch die „Green500“? Um in die Liste der leistungsfähigsten und zugleich sparsamsten Supercomputer aufgenommen zu werden, ist ein Nachweis zu erbringen, wie effizient die Super-Compute-Cluster mit Energie umgehen - etwas, das in Zukunft immer wichtiger wird.

Seit 1993 veröffentlicht das Supercomputer-Seminar der Universität Mannheim jedes Jahr zweimal, im Juni und im November, die neue Rangfolge der Top500, also der leistungsfähigsten Superrechner der Welt. Hier geht es nur um Leistung: Derzeit überschreiten die Spitzenreiter die ExaFlop-Schwelle.

Von der Cray bis zum Linux-Cluster mit GPU

Was ist ein Supercomputer?

Oft ändert sich von einem Halbjahr zum nächsten nicht sehr viel. Auch 2023 ist der Spitzenreiter vom Juni der Spitzenreiter vom November: „Frontier“, ein System des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee, USA.

Das System leistet dauerhaft maximal 1,194 Exaflops (EFlops), bei kurzfristigen Leistungsspitzen sogar 1,6 EFlops. Der rasende Gigant besteht aus folgenden rechnenden Komponenten: „HPE Cray Ex235a“, AMD optimierte dritte „Epyc“-Generation 64c und „AMD Instinct MI250X“.

Gigantischer Stromverbrauch

Außerdem wird noch die Zahl der Cores angegeben – bei diesem Spitzenmodell sind es 8.699.904 – und der für die Leistung verbrauchte Strom, nämlich 22,7 Megawatt (MW). Das ergibt, wenn der Superrechner das ganze Jahr ununterbrochen läuft, etwas über 198 Gigawatt (GW).

Zum Vergleich: Die rund 204.000 Einwohner große Stadt Kassel verbraucht etwa 941 GWh im Jahr. Nur viereinhalb Frontier-Superrechner würden also genauso viel Energie verbrauchen wie diese Großstadt. Da drängt sich die Frage auf: Darf es auch etwas weniger sein?

Die Fortschritte bei der Entkopplung von Energieverbrauch und Leistung der (Groß-)Rechner dokumentieren seit Juni 2013 die Green500, die von derselben Institution gepflegt werden. Auf dieser Liste geht es um Effizienz plus hohe Leistung. Spitzenreiter ist das System, das am wenigsten Strom pro eine Million Instruktionen (GFlops) verbraucht. (Die Green500 sind also einerseits die 500 energiesparsamsten Supercomputer zum anderem wird Green500 auch synonym für die entsprechende Rangliste verwendet.)

65 GFlops rechnen mit einem Watt

Gegenwärtig und seit dem Frühjahr 2023 ist das „Henri“, ein Rechner mit Standort Flatiron Institute in New York, USA. Das Gerät schafft 65.40 GFlops/Watt.

Seine Maximalleistung liegt allerdings um Dimensionen unter der des Top-100-Spitzenreiters, nämlich bei 2,88 PFlops. Der Rechner ist aus 20 luftgekühlten „Lenovo Thinksystem SR670 V2“ und 80 „H100“ Nvidia-GPUs aufgebaut.

Sparweltmeister rechnet mit Lenovo

Hardwarebasis ist also ein Lenovo Thinksystem SR670 mit „Intel Xeon Platinum“ und Nvidia H100. Der Rechner hat 8.288 Cores und verbraucht nur 44 kW oder im Jahr 385 MW. Ein solches Rechenzentrum verschlingt also bei einem Durchschnittsverbrauch von 8 MWh pro Jahr und Einfamilienhaus nur etwas mehr als den Strombedarf von 50 Häusern.

Auf der Liste der Top500 erscheint Henri allerdings erst auf Platz 293. Rund 414 Henris müsste man theoretisch zusammenspannen, um die Leistung eines Frontier zu erreichen.

Leistung und Effizienz kein Widerspruch

Der Frontier steht übrigens, für sich betrachtet, gar nicht so schlecht da in Sachen Effizienz, sogar recht gut: Er landet nämlich mit 52,592 GFlops/W auf Platz acht der aktuellen Green500.

Das zeigt, dass Höchstleistung und Höchsteffizienz durchaus nicht dauerhaft unvereinbar sind. Vielmehr ist es möglich, sehr sparsame Rechner zu bauen, die trotzdem Unmengen leisten.

Und das stimmt doch hoffnungsfroh angesichts der derzeitigen dringenden Bemühungen der Weltgesellschaft, ein nachhaltiges Energiesystem aufzubauen. Notorische Stromfresser, die mehr verbrauchen als technisch möglich wäre, sind dabei sicher keine Hilfe.

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