Die Vereinigten Staaten erobern den weltweiten Spitzenplatz im Supercomputing zurück! Die Menschheit hat Supercomputing im Exa-Maßstab erreicht und Frontier hat die 500 größten Unternehmen der Welt getötet.

​Der Japaner Fugaku, der die Rangliste zwei Jahre lang dominiert und vier aufeinanderfolgende Meisterschaften gewonnen hat, ist endgültig vom „Altar“ gefallen.

In der soeben bekannt gegebenen Liste der 500 weltweit besten Supercomputer im Jahr 2022 belegte Frontier vom Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in den USA den ersten Platz. Mit einem HPL-Wert von 1,102 Exaflop/s ist Frontier nicht nur der leistungsstärkste Supercomputer der Geschichte, sondern auch der erste echte „Exascale-Supercomputer“.

Im Gegensatz dazu fielen die chinesischen Modelle Sunway TaihuLight und Tianhe-2 auf die Plätze sechs und neun zurück. Letztes Jahr haben die Vereinigten Staaten Sunway, den Prozessorlieferanten von Sunway TaihuLight, auf die Unternehmensliste gesetzt, was sich mehr oder weniger auf die Entwicklung von Chinas Supercomputing auswirkte.

Die Gesamtrechenleistung der 64-Bit-Gleitkommaberechnungen in den Top500 beträgt dieses Mal 4,4 Exaflops, eine Steigerung von 44,7 % gegenüber der vorherigen Liste vor sechs Monaten.

Frontier: 10 Milliarden Mal durchgebrochen

Also, wie „unglaublich“ war die Leistung von Frontier? ! Vereinfacht gesagt, auch wenn die Gesamtrechenleistung der dahinter stehenden 468 Supercomputer nicht mit der eines Frontier vergleichbar ist.

Zusätzlich zu dieser umwerfenden Rechenleistung ist Frontier auch einer der schnellsten Supercomputer der Welt für die Ausführung von KI. Im gemischten Präzisionsleistungstest des HPL-AI-Benchmarks erreichte Frontier einen Wert von 6,88 ExaFlops.

Umgangssprachlich ist diese Leistung gleichbedeutend damit, dass jedes Neuron in einem intelligenten Körper, der aus 86 Milliarden Neuronen besteht, 68 Millionen Anweisungen pro Sekunde erteilen kann. Mit diesem großen KI-Trainingsmodell gleicht es einem Raketentriebwerk gekoppelt mit einem Formel-1-Auto, das direkt auf der Strecke abheben kann. Der neue Frontier erstreckt sich über eine Fläche von 372 Quadratmetern, besteht aus 74 HPE Cray EX-Schränken und bietet Platz für 9408 Knoten.

Jeder Knoten verfügt über eine AMD Milan „Trento“ 7A53 Epyc-CPU, gepaart mit 512 GB DDR4-Speicher und 4 AMD Radeon Instinct MI250X-GPUs. Insgesamt verfügt das System über 602.112 CPU-Kerne, die mit 4,6 PB DDR4-Speicher verbunden sind. Darüber hinaus sind 37.888 AMD MI250X-GPUs mit 8.138.240 Kernen mit 4,6 PB HBM-Speicher (128 GB pro GPU) gepaart. CPU und GPU sind über die Ethernet-basierte Netzwerkstruktur HPE Cray Slingshot-11 verbunden.

Der Speicher ist an ein extrem leistungsstarkes Speichersubsystem angeschlossen, mit einer Kapazität von 700PB, einem Durchsatz von 75TB/s und einer Leistung von 15 Milliarden IOPS. Die Metadatenschicht ist auf 480 NVMe-SSDs verteilt und bietet 10 PB Gesamtkapazität, während 5.400 NVMe-SSDs 11,5 PB Kapazität für die Haupt-Hochgeschwindigkeitsspeicherebene bereitstellen. Gleichzeitig bieten 47.700 PMR-Festplatten eine Kapazität von 679 PB.

In Bezug auf die Wärmeableitung ermöglicht das Wasserkühlungssystem, dass 6.000 Gallonen Wasser von einer 350-PS-Pumpe durch das System „bewegt“ werden und so die Temperatur auf etwa 85 Grad geregelt wird. Um es ins rechte Licht zu rücken: Diese Pumpen können ein olympisches Schwimmbecken in 30 Minuten füllen. Frontier ist nicht nur der schnellste Supercomputer der Welt, sondern auch der umweltfreundlichste Supercomputer.

Frontiers Energieverbrauchsquote steht auch an erster Stelle in der Green500-Liste der globalen Umweltschutzniveaus für Supercomputer. Die Energieeffizienz einer einzelnen Schrankeinheit bestehend aus dem AMD Epyc-Prozessor der dritten Generation und dem Instinct MI250x-Beschleuniger beträgt 62,68 Gigaflops pro Watt Leistungsbetrieb.

Es ist jedoch nicht einfach, Frontier zusammenzubauen. 60 Millionen Teile mit 685 verschiedenen Nummern müssen gekauft werden. Darüber hinaus hatten wir während des Bauprozesses mit einem Mangel an Chips zu kämpfen.

ORNL hat 167 betroffene Teilenummern, was 2 Millionen Teilen entspricht. Und AMD fehlen 15 nummerierte Teile für die MI200-GPU.

ORNL hat daher mit ASCR zusammengearbeitet, um für diese Teile ein Defence Priority and Allocation System (DPAS)-Rating zu erhalten, was bedeutet, dass die US-Regierung das jährliche Verteidigungsbudget verwenden kann, um diese Teile zu einem günstigeren Preis als dem Marktpreis zu kaufen. Bald war das Problem der „Mangel“ gelöst.

Können nach dieser Operationswelle die sogenannten „Zweifel“ in den Köpfen vieler Menschen ausgeräumt werden? Die Vereinigten Staaten: Im Interesse unserer Landesverteidigung werden wir unsere Anstrengungen zur Entwicklung von Supercomputing verstärken!

Obwohl es so viel kostet, hat es ein breites Einsatzspektrum. In einer Zeit, in der reiche Männer wie Nvidia digitale Zwillinge der Erde bauen, werden Supercomputer in offiziellen Abteilungen verschiedener Länder immer wichtiger für die Entwicklung von KI, die riesige Datenmengen verarbeitet und Klima- und Industrieanwendungen simuliert. Auch wenn Oak Forest die Rechenleistung nicht selbst verbrauchen kann, kann es sie dennoch vermieten oder verkaufen. Die Branche ist hungrig nach Rechenleistung.

Und dafür gibt es Präzedenzfälle in anderen Ländern: In einem Experiment zur Vorhersage der Materialbearbeitungsergebnisse von Werkzeugmaschinen dauerte es 8 Stunden, bis das japanische Unternehmen DMG Mori Sei Machine Tools einen eigenen Industriecomputer hatte, Fugaku benötigte dafür jedoch nur 10 Minuten Vervollständigen Sie es.

China: Lass mich mit dir spielen und einen Blick darauf werfen

In der neuen Liste sind China und die Vereinigten Staaten immer noch die Länder mit den meisten Einträgen.

Was die Anzahl der Supercomputer auf der Liste angeht, liegt China immer noch bei 173 und damit auf dem gleichen Niveau wie in der vorherigen Ausgabe und weiterhin an der Spitze der Liste. Die Vereinigten Staaten sanken von 150 im Vorzeitraum auf 127 und rangierten damit auf dem zweiten Platz. Dennoch machen diese beiden Länder immer noch 60 % der Gesamtzahl der TOP 500-Länder aus. Japan, Deutschland und Frankreich belegten mit 34, 31 bzw. 22 Einheiten die Plätze 3 bis 5.

Obwohl Frontier offiziell zum leistungsstärksten Supercomputer der Welt geworden ist, wurde er nicht mit den beiden chinesischen Supercomputern verglichen, die letztes Jahr enthüllt wurden. Derzeit übermittelt jedoch keines der beiden Systeme Testdaten an Top500.

Den durchgesickerten Daten zufolge haben viele ausländische Medien gefolgert, dass der Spitzenwert des Supercomputers Sunway OceanLight im HPL-Benchmark bei etwa 1,3 Exaflops/1,05 Exaflops liegt, während Tianhe-3 einen Spitzenwert von 1,7 Exaflops/1,3 Exaflops Dauerwert erreichen kann . Angesichts der verschiedenen „Hälse“ in den Vereinigten Staaten dürften die Folgen von Chinas Supercomputing-Rankings jedoch kurzfristig zum „Ziel“ von Sanktionen werden.

Gemessen an der Anzahl der Einträge auf der Liste belegt China mit einem Anteil von 34,6 % den Spitzenplatz, und die Vereinigten Staaten liegen mit einem Anteil von 25,4 % weiterhin im Wettbewerb um die Vorherrschaft .

In der Gesamtleistungswertung ist der Vorsprung der Vereinigten Staaten immer noch unerschütterlich und belegt mit 47,3 % der gesamten Rechenleistung den ersten Platz. Es ist nicht schwer zu erkennen, dass Frontier dieses Mal die Spitze erreicht hat , hat viel zur stabilen Dominanz der USA in der Rangliste beigetragen.

Darüber hinaus zählt diese Top 500-Liste auch den Fortschrittstrend der Supercomputing-Leistung seit 1990 und führt eine lineare Regression durch. Die horizontale Achse in der Tabelle ist die Zeit und die vertikale Achse die Rechenleistung (als Logarithmus).

Der grüne Punkt ist die Gesamtrechenleistung des Supercomputers auf der Liste, das gelbe Dreieck ist die Rechenleistung des obersten Supercomputers auf der Liste und das blaue Quadrat ist die Rechenleistung des letzten (500.) Supercomputers auf der Liste . Die geraden Linien entsprechender Farben sind das Ergebnis einer linearen Regression. Es ist ersichtlich, dass diese drei Geraden in etwa mit dem prädiktiven Urteil des Mooreschen Gesetzes über die Zunahme der Rechenleistung übereinstimmen. Man sagt, das Mooresche Gesetz sei tot, aber im Bereich des Supercomputings scheint es immer noch am Leben zu sein.

Europa steigt: Top10 belegt 7 Sitze

Die Vereinigten Staaten sind nicht die einzige Region, die bemerkenswerte Ergebnisse erzielt hat. Auch in der Gesamtwertung schnitten die USA, China und Japan gut ab, die restlichen sieben Plätze in den Top Ten werden allesamt von europäischen Ländern besetzt.

Davon sind 31 deutsche Sender auf der Liste, 22 französische Sender auf der Liste und 14 italienische Sender auf der Liste. Finnlands neu eingesetzter LUMI-Supercomputer übertraf mit einer FP64-Leistung von 151,9 Petaflops knapp den Gipfel der Vereinigten Staaten und belegte damit den dritten Platz.

Darüber hinaus hätte Adastra aus Frankreich von GENCI-CINES mit einer Leistung von 46,1 Petaflops fast den 10. Platz gewonnen. Auch wenn er bei weitem nicht so leistungsstark ist wie LUMI, behält Adastra dennoch den Ruf, der zweitstärkste Supercomputer in Europa zu sein. Auch Systeme wie LUMI und Adastra verdeutlichen einen weiteren Trend. Wie Frontier basieren sie auf der komplett auf AMD basierenden Cray EX-Plattform von HPE und nutzen Epyc-CPUs der dritten Generation und Instinct-GPUs.

Warum nicht GPU-Beschleunigung nutzen: Immer noch knapp bei Kasse

Zum ersten Mal seit langem hat AMD einen repräsentativen Anteil an Host-CPUs in Systemen in den Top500, aber Intel Xeon-Prozessoren dominieren immer noch.

Ab Beginn dieses Jahrhunderts begann Intel, Anstrengungen im Bereich des Hochleistungsrechnens zu unternehmen. In nur wenigen Jahren verdrängte es mehrere frühere große Player wie IBM und HP und erlitt schwere Verluste. Von 2017 bis 2020 erreichte Intels Marktanteil im Bereich High Performance Computing seinen Höhepunkt und lag einmal bei über 90 %.

Bislang liegt der Anteil von Intel immer noch bei 77,4 %, was einem Rückgang von 4,2 Prozentpunkten entspricht, während der Anteil von AMD gerade um diese Zahl gestiegen ist. Es wird erwartet, dass Epycs gegenüber dem Xeon SP mehr an Dynamik gewinnen wird. Darüber hinaus hat AMD den Schwung, den Rückstand aufzuholen. In der Global Supercomputer Top500-Liste 2022 gibt es mittlerweile 94 Supercomputer, die auf AMD-Produkte setzen, was einer jährlichen Steigerung von 95 % entspricht. Darüber hinaus wurde der Instinct MI200-Beschleuniger von AMD erstmals von sieben der Supercomputer übernommen.

Eine andere Frage ist, warum nicht einen GPU-Beschleuniger verwenden? Vielleicht weil es teuer ist? Als Rechenmaschine können GPU-Beschleuniger die Leistung und Kosteneffizienz enorm verbessern. Derzeit nehmen Beschleuniger jedoch keine dominante Position in der Supercomputing-Architektur auf der Top500-Liste ein. Diese GPU-Beschleuniger stammen hauptsächlich von Nvidia. Zusätzlich zu NVIDIAs eigenem HPC-Zentrum, das über eine große Anzahl von Anwendungen verfügt, die auf GPUs portiert werden müssen, und dem es nicht an Geld mangelt, mangelt es Tausenden anderen HPC-Zentren auf der ganzen Welt immer noch an dem Code dieser HPCs ist explizit für CPUs geschrieben.

Auf der aktuellen Top500-Liste nutzen nur 170 Supercomputer GPU-Beschleuniger – die meisten davon natürlich von NVIDIA. Ein weiterer Faktor ist, dass billigere CPUs mittlerweile selbst beschleunigte Rechenfunktionen ähnlich wie GPUs hinzufügen, etwa Vektor- und jetzt auch Matrixberechnungen.

Das spart Geld und ist einfacher zu programmieren als die Übertragung von CPU-Programmen auf die GPU. Wir werden möglicherweise nie eine Top500-Liste sehen, die hauptsächlich aus GPU-beschleunigten Systemen besteht. Tatsächlich fungiert die CPU in erstklassigen Supercomputing-Systemen wie „Fuyue“ und „TaihuLight“ grundsätzlich als GPU mit Vektor- und Matrixberechnungen.

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