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Blick in die Zukunft: Nähern wir uns der Grenze der Rechenleistung von Supercomputern?

von Jean-Pierre Panziera, Chief Technology Director für HPC, Bull

 

Bislang haben wir auf laufende Projekte sowie auf einige der Herausforderungen geblickt, denen wir uns widmen müssen, bevor die nächste Entwicklungsstufe bei Supercomputern erreicht werden kann.

 

Aber eine der wichtigsten Fragen die Techniker beschäftigt ist die nach Leistungsgrenzen.

Sobald eine Entwicklungsstufe bei der Leistung von Supercomputern erreicht ist, müssen traditionsgemäß bereits neue Zielvorgaben gesetzt werden. 1997 installierten wir die ersten Teraflop-Systeme, begannen aber sofort, über Petaflop-Maschinen nachzudenken. Sobald wir die Petaflop-Systeme im Jahr 2008 präsentierten, wurde die Herausforderung für Exascale Maschinen gesetzt, die in der Lage sein werden, eine Millliarde Milliarde Rechenoperationen pro Sekunde zu verarbeiten. Sobald das erste Exascale-System installiert ist, werden wir Zettascale ins Visier nehmen - das entspricht einer 1000-fachen Verbesserung gegenüber Exascale-Maschinen. Wohin geht also die Reise für die Supercomputer?

 

Es ist nicht so sehr die Frage, ob wir eine Grenze erreichen, sondern vielmehr wann. Die Leistung von Supercomputern ist endlich und bald werden wir einen Punkt erreichen, ab dem wir nicht mehr in der Lage sind, die Prozessorleistung mit der gegenwärtigen Technologie zu steigern. Zwei Faktoren tragen zu dieser Grenze bei.

Die Grenzen des Mooreschen Gesetzes

Die kontinuierliche Miniaturisierung der Transistoren ermöglichte die Leistungssteigerung bei Supercomputern. Die Transistoren schrumpften in den letzten 50 Jahren um das 1000-fache - von einigen zehn Mikrometern in den 1960ern zu einigen zehn Nanometern heute. Stellen Sie sich den Kopf einer Stecknadel vor - der Durchmesser beträgt eine Million Nanometer. Einzelne Nanometer sind im Vergleich dazu winzig und für das menschliche Auge nicht sichtbar, dafür ist ein Elektronenmikroskop nötig.

 

Die Chips, die gegenwärtig in Prozessoren verwendet werden, sind 14-28 Nanometer groß. Das Mooresche Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren in einem gegebenen Bereich - und damit die Leistungsfähigkeit des Chips - circa alle zwei Jahre verdoppelt. Bis zum Jahr 2017 werden die Chips eine Größe von 10 Nanometer, bis zum Jahr 2020 von 7 Nanometer und bis zum Jahr 2030 eine Größe von 5 Nanometer haben. Aber mit Silikon kann es nicht kleiner als 5 Nanometer werden, wenn wir nicht neue Materialien entwickeln.

Besteht das Bedürfnis nach einer größeren Rechenleistung?

Da die Entwicklung neuer Materialien für Supercomputer astronomische Summen kostet, werden Investitionen nur dann getätigt, wenn es eine Rechtfertigung oder hinreichende Begründung hierfür gibt. Gibt es die Notwendigkeit für stärkere Leistung, wird der Finanzplan folgen. Wir haben jedoch bereits jetzt eine ausreichende Leistungsfähigkeit, um die überwiegende Mehrheit der Probleme anzugehen und so lautet die Frage, ob wir noch weiter gehen müssen und falls ja, zu welchem Zweck.

 

In etwa zehn Jahren werden wir die Leistungsgrenze bei Supercomputern erreichen. Dies wird aber nicht das Ende für Supercomputer bedeuten. Als Beispiel dient die Luftfahrtindustrie: In den vergangenen 30 Jahren gab es bei der Geschwindigkeit keinen Fortschritt (in der Tat gab es nach dem Aus für die Concorde einen Rückschritt), aber es gab in anderen Bereichen enorme Verbesserungen. Der Energieverbrauch wurde gesenkt, der Geräuschpegel verringert und die Sicherheit verbessert - ironischerweise wurde dies alles durch Supercomputer möglich.

Jean-Pierre Panziera

Jean-Pierre Panziera ist Leitender Technischer Direktor für HPC bei Bull, wo er für zukünftige HPC-Entwicklungen zuständig ist. Er begann seine Karriere bei Elf-Aquitaine als Entwickler für seismische Datenverarbeitung und arbeitete dann 20 Jahre lang bei SGI, zuerst als HPC-Anwendungsspezialist und später als leitender Ingenieur. Jean-Pierre Panziera hat einen Hochschulabschluss in Ingenieurwissenschaften von der Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris.

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