Die schnellsten, die leistungsfähigsten Computer Was sind, ist die Top500?

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Seit über 30 Jahren veröffentlicht eine Firma aus Baden-Württemberg zweimal im Jahr eine Liste mit den 500 schnellsten Supercomputern weltweit, die Top500.

Die Liste der 500 schnellsten Supercomputer der Welt wird „Top500“ genannt. Hinter der Auflistung steht kein amerikanischer Konzern, sondern die Prometeus GmbH mit Sitz in Sinsheim in Baden-Württemberg. Sie hält die Liste seit mehreren Jahrzehnten auf dem jeweils aktuellen Stand. Das Unternehmen wurde von Professor Hans-Werner Meuer gegründet. Der Mathematiker und Informatiker starb 2014 im Alter von 77 Jahren. Ein Jahr zuvor übernahmen seine Söhne Martin und Thomas Meuer die Geschäftsführung des Familienunternehmens.

Die Top500-Liste basiert auf der ab 1986 von Meuer und seinem Kollegen Erich Strohmaier einmal einmal jährlich veröffentlichten „Mannheimer Supercomputing Statistik“ mit den damals schnellsten Computern. Zuletzt umfasste diese Liste rund 530 Einträge. Damit diese Zahl nicht immer weiter ansteigt, wurde die Mannheimer-Liste 1993 in Anlehnung an die vom Wirtschaftsmagazin Forbes erstellte Top-500-Liste der weltweit größten Unternehmen ebenfalls auf 500 Einträge begrenzt.

Erstmals wurden die neuen Top500 dann im Juni 1993 vorgestellt. Seit damals erscheint die Liste zwei Mal im Jahr. Der erste Termin ist jeweils im Juni die Veranstaltung ISC High Performance in Deutschland, der zweite im November die Supercomputing Conference (SC) in den USA. Die Konferenz in Deutschland wird von der ISC Group veranstaltet, einem Tochterunternehmen der Prometeus GmbH.

High-Performance-Benchmarks

Die Top500 ist eine Liste der aktuell leistungsfähigsten Computer zur Lösung linearer Gleichungen. Um die Leistung eines Computers zu berechnen, wird der High-Performance LINPACK-Benchmark genutzt. Die damit erzeugten Werte sind aber nicht unumstritten, da die Berechnung linearer Gleichungen nach Einsicht vieler Kritiker eine eher untypische Anwendung für die superschnellen Systeme ist.

Außerdem werde auch die Effizienz der Computer nicht in die Bewertungen mit einbezogen. Erschwerend kommt hinzu, dass die für die Liste verwendeten Zahlen auf Angaben der Hersteller der Supercomputer basieren.

Einer der ersten eingeführten Benchmarks ist LINPACK 100. Er reicht längst nicht mehr aus, um die Leistungsgrenze aktueller Supercomputer zu erfassen. Stattdessen wird heute LINPACK 1000 mit einer Matrix von 1000 x 1000 genutzt. Ihm wird allerdings vorgeworfen, dass er Leistungswerte liefere, auf die die Computer optimiert werden können. Selbst der LINPACK-Entwickler Jack Dongarra räumte ein, dass nur die Zahl der Prozessoren und ihre höchsten Geschwindigkeiten in die Benchmarks einfließen, aber weder Messungen im Netzwerk noch der zur Verfügung stehenden Bandbreite.

Trotzdem sei der Benchmark „die einzige Zahl, an die wir uns alle über die Jahre hinweg gewöhnt haben“, sagt Thom Dunning, Director des National Center for Supercomputing Applications in Urbana, Illinois. Nichtsdestotrotz suchen die Organisatoren des Top500-Benchmarks bereits nach Alternativen. Eine Möglichkeit ist der HPC Challenge Benchmark, der teilweise von der DARPA finanziert wurde und mehrere unterschiedliche Messungen kombiniert.

Top500-Liste in PFlops

Bis auf Weiteres wird aber weiterhin der LINPACK-Benchmark für die Top500 genutzt. Mit ihm wird im realen Betrieb eines Computers ein Rmax-Wert errechnet, der in Gleitkommaoperationen pro Sekunde beziehungsweise Floating Point Operations Per Second (FLOPS) angegeben wird.

Aktuell verwendet die Top500-Liste die Einheit PFLOPS, was für Petaflops steht. Ein Petaflop sind 10^15 FLOPS. Der derzeit schnellste Supercomputer weltweit (Stand November 2023) mit der Bezeichnung „Frontier“ erreicht eine Leistung von 1.194 PFlops.

Das HPC der „Exaklasse“

Die Exascale-Hürde ist genommen; schon sind neue Rekorde in Sicht

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Frontier wird von der 2019 von HPE übernommenen Traditionsfirma Cray im Oak Ridge National Laboratory im US-Bundesstaat Tennessee betrieben. 2022 löste der Supercomputer den japanischen „Fugaku“ ab, der sich am Riken Center for Computational Science im japanischen Kōbe befindet. Ebenfalls seit 2022 meldet allerdings China wegen der US-Sanktionen gegen chinesische Hightech-Firmen keine Leistungswerte für seine Supercomputer mehr.

Frontier besteht aus 9.472 HPE-Rechnern vom Typ Crusher, die rund 74 Racks füllen. Jedes Rack fasst 128 Rechner (Nodes). Sie sind mit insgesamt rund 9 Petabyte Arbeitsspeicher ausgestattet (512 GByte DDR4-RAM je Node). Für jeden Crusher verwendet HPE Cray eine EPYC-7xx3-CPU von AMD mit je 64 Kernen sowie vier Instinct MI250X-GPUs, die ebenfalls von AMD stammen. Der größte Teil der Rechenleistung von Frontier kommt von diesen GPUs und nicht von den CPUs.

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