High Performance Computing (HPC) Supercomputer können Lehrmeister in Sachen Energieeffizienz sein

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Auch wenn der Begriff Supercomputing in vielen Unternehmen nicht im Vordergrund steht, ist doch klar, dass High Performance Computing (HPC) zu einem unverzichtbaren Werkzeug wird. Die Hardware, die dahinter steht, wird die Zukunft der IT-Infrastruktur bestimmen.

In der Vergangenheit war Supercomputing auf forschungsintensive, wissenschaftliche Aufgaben wie die Analyse großer Datenmengen zur Lösung medizinischer, ökologischer und infrastruktureller Probleme beschränkt. Das ändert sich jetzt immer mehr: Aufgrund von Ereignissen wie der Corona-Pandemie und der daraus resultieren Verlagerung auf Cloud-basierte Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML) hat HPC Einzug in die Unternehmen gehalten. Dabei werden Supercomputer und Rechen-Cluster zur Lösung fortschrittlicher Berechnungsprobleme eingesetzt.

Genauso wie Cloud Computing für Unternehmen neue Möglichkeiten geschaffen hat, mit Kunden in Kontakt zu treten und eine neue, flexiblere Arbeitsweise zu ermöglichen, forciert Supercomputing neue Möglichkeiten für Innovation. Die Geschwindigkeit von Forschung oder Produktentwicklung wird dadurch um ein Vielfaches beschleunigt.

Abseits dieser positiven Aspekte stehen einige Unternehmen HPC nach wie vor skeptisch gegenüber. Sie sind der Meinung, dass diese Technologien erst in einigen Jahren für das Tagesgeschäft relevant sein werden. Doch ähnlich wie die hyperkonvergente Infrastruktur und die virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI) prägt diese scheinbar futuristische Technologie bereits jetzt die Zukunft der Unternehmen.

Supercomputing in Unternehmen

Schließlich fungiert HPC als Indikator für die Technologien, die im Laufe der Zeit in „zivile“ Bereiche vordringen werden. Wenn beispielsweise bestimmte CPUs und GPUs zunehmend im HPC-Bereich eingesetzt werden, ist das ein Indikator dafür, dass sie bald auch in Unternehmen und im mittleren Marktsegment Einzug halten werden.

Wenn Unternehmen sich jetzt mit diesen Technologien befassen, fördern sie ihr Innovationspotential und sind ihren Wettbewerbern voraus. Schließlich gehören HPC-Anwender zur Gruppe der Early-Adopter-Kunden und suchen nach den neuesten und schnellsten Technologien, bevor diese von vorsichtiger agierenden Unternehmen übernommen werden.

Die Termini Energieeffizienz und Supercomputing scheinen, oberflächlich betrachtet, nicht Hand in Hand gehen. Schließlich benötigen viele der hier relevanten Maschinen mehr als ein Megawatt Strom für ihren Betrieb, und die jährlichen Stromkosten können leicht in die Millionenhöhe gehen.

Supercomputing und Energieeffizienz

Die neue Generation von Supercomputern trägt jedoch nicht nur dazu bei, dass Unternehmen den Planeten durch nachhaltiges Vorgehen schonen, da sie eine beeindruckende Leistung pro Watt bieten. Sie werden auch für die Entwicklung der nächsten Generation von kraftstoffsparenden Produkten und Lösungen eingesetzt, die dabei helfen, das Ausmaß des Klimawandels zu verringern.

Ein Beispiel dafür ist der Supercomputer „Frontier“, der mehr als 1,5 ExaFlops an Leistung liefert. Frontier belegt nicht nur den ersten Platz in der neuesten Ausgabe der Top500-Liste, sondern steht auch an der Spitze der aktuellen Green500-Liste, die die Energieeffizienz von Supercomputern misst.

Während der bisherige Spitzenreiter unter den Green500-Rechnern, MN-3 in Japan, 39,38 Gigaflops pro Watt leistete, erreicht Frontier, der von HPE für das Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums hergestellt wurde, 62,68 GigaFlops pro Watt.

„Lumi“, eine Pre-Exascale-Maschine im IT Centre for Science (CSC) in Kajaani, Finnland, ist mit einem GigaFlops/Watt-Verhältnis von 51,6 ebenfalls einer der energieeffizientesten Supercomputer der Welt. Lumi verwendet ähnliche Technologie wie Frontier und die Performance beträgt laut Top500-Liste 151 PetaFlops und hat eine theoretische Spitzenleistung von mehr als 550 PetaFlops pro Sekunde.

Speicherkohärente Hardware

Was diese Maschinen jedoch besonders interessant macht, ist die speicherkohärente Natur der verwendeten Hardware. Durch die Unterstützung von kohärentem CPU-GPU-Speicher, bei dem eine Kopie der Daten von der CPU und der GPU verarbeitet wird, wird weniger Energie für das Lesen und Schreiben von Daten aus dem Systemspeicher verbraucht, wodurch die Supercomputer effizienter arbeiten.

Dies ist ein sehr gutes Beispiel für eine innovative Technologie, die in wenigen Jahren auf dem Servermarkt Einzug halten dürfte. Sie ermöglicht nicht nur, dass CPUs und GPUs keine Energie für die Arbeit mit zwei Datensätzen verschwenden müssen, sondern macht auch das Leben für Softwareentwickler einfacher, einen einheitlichen Code für CPUs und GPUs zu schreiben.

Darüber hinaus verfügt Lumi über eine innovative „Free-Cooling-Technologie“, mit der die Abwärme im Fernwärmenetz von Kajaani genutzt werden kann. Diese Technologie wird Berichten zufolge den jährlichen Kohlendioxidausstoß der gesamten Stadt um 12.400 Tonnen verringern.

Die Zukunft

Die Kühlung von Rechenzentren kann bis zu 40 Prozent ihres Gesamtenergieverbrauchs ausmachen. Durch die Nutzung natürlicher Luftströme bei der Kühlung und die Vermeidung der Rückführung warmer Luft, wie bei Lumi, können die Betreiber von Rechenzentren jedoch den Energieverbrauch und die damit verbundenen Emissionen senken.

Nachhaltigkeit ist zu einer der wichtigsten Prioritäten für Unternehmen geworden, und immer mehr Unternehmen setzen sich Ziele für den Klimaschutz und/oder die Energieeffizienz. Diese Organisationen können von den innovativen Technologien lernen, die von einigen der schnellsten Supercomputer der Welt eingesetzt werden.

Sowohl Unternehmens- als auch IT-Führungskräfte profitieren davon, sich über die neuesten Entwicklungen im Bereich der Supercomputer zu informieren. Die heutigen Supercomputer gehen über hohe Leistung und Skalierbarkeit hinaus und ebnen den Weg für die nächste Generation von Rechenmethoden und Arbeitslasten wie KI. Dabei streben sie eine hohe Energie-Effizienz an, um zur ökologischen Nachhaltigkeit beizutragen.

* Der Autor Roger Benson ist Senior Director Commercial EMEA bei AMD.

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