IBM ist der unumschränkte Branchenprimus in der neuen Top-500-Liste. Doch weit spannender ist die Frage, wohin das High Performance Computing (HPC) steuert.
Zunächst einmal müssen alle anderen frustriert zur Kenntnis nehmen, dass kaum Luft für die Konkurrenz von Big Blue übrig bleibt. Zumindest legt diesen Eindruck die auf der Internationalen Supercomputing Conference (ISC) in Heidelberg vorgestellte Liste[1] nahe: Mehr als die Hälfte aller weltweit verkauften High Performance Computing Systeme (HPC) stammen von IBM, mit mehr als deutlichem Abstand folgen Hewlett Packard und SGI.
Zudem dominiert Big Blue auch das europäische Ranking, mit dem leistungsfähigsten Cluster im Barcelona Supercomputer Center. Dass Mare Nostrum[2] in einer kirchlich anmutenden Kathedrale installiert ist, verschafft IBM zusätzliche PR-Resonanz. Zu den Fakten gehört auch, dass der letztjährige Spitzenreiter NEC nicht mehr mithalten kann und mit der am Hoch-leistungsrechenzentrum in Stuttgart installierten SX8 auf den fünften Rang zurück gefallen ist. Zum Trost sei festgehalten, dass NEC zumindest in Deutschland auf Rang Eins liegt, vor der beeindruckenden IBM-Phalanx.
Seit kurzem ist in der Szene wieder von einem alten Bekannten die Rede, um den es die letzten Jahre seit der Übernahme durch SGI etwas still geworden war. Für Insider nicht ganz überraschend, landete der an den Sandia National Laboratories in den USA installierte Cray XT3 im diesjährigen weltweiten Top-Ranking an zehnter Stelle. Und während IBM nicht gerade heiß und innig von der Community geliebt wird, erfreut sich Cray wieder einer wachsenden Fangemeinde. Dies brachten auch die zahlreichen Fachvorträge auf der International Supercomputing Conference (ISC) zum Ausdruck, in denen Experten intensiv über die Lösungen aus dem Hause Cray diskutierten.
Insgesamt hat die Supercomputing ein bisschen von dem visionären Flair früherer Tage verloren, obwohl die Zahl der Teilnehmer mit über 600 gegenüber den Vorjahren noch einmal deutlich wuchs. Es ist aber kaum zu übersehen, dass die reine Rechnerleistung der Superboliden, in Heidelberg mit einem vor dem Eingang postierten Formel-1-Fahrzeug eindrucksvoll illustriert, nicht mehr wirklich im Vordergrund steht. Michael Resch, Direktor des Höchstleistungs-Rechenzentrums (HLRS) in Stuttgart, bringt es auf den Punkt: "Die Leute interessieren sich nicht mehr nur für die große Datenmenge, sondern für das kontextbezogene Computing – für den Inhalt des Simulationsergebnisses und den Bezug dieser Information zu ihrer täglichen Arbeit." Was nach Auffassung von Resch deshalb immer mehr zählt, ist der konkrete Nutzwert über das rein wissenschaftliche Erkenntnisinteresse hinaus. Ein Beispiel: Der amerikanische Hersteller Orion Multisystems offeriert für den europäischen Markt eine Art Personal Supercomputer[3], basierend auf einer Cluster-Technologie, die mit 96 Prozessoren ausgestattet in der Flachversion bis einem Terabyte und in der Deskside-Variante bis zu 9,6 TB Speicher verfügt.
Innovative Seiteneinsteiger wie Orion könnten also durchaus in Nischenmärkte jenseits der Dominanz Big Blues vorstoßen, die bisher noch kaum auf der HPC-Landkarte verzeichnet sind. Was die konkrete Dimensionierung künftiger HPC-Systeme angeht, so sieht Horst Simon vom Computing Sciences am Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley in den nächsten sieben Jahren "Petaflop-Systeme mit 100 000 Commodity-Prozessoren je 10 Gigaflops/s" im Kommen.
Die Branche entwickelt sich aber trotz der weiter anhaltenden hardwarebasierten Leistungssteigerungen hin zu einem neuen Ökosystem, in dem das Mooresche Gesetz immer mehr an Bedeutung verliert: "Nach 50 Jahren des exponentiellen Wachstums stellt sich die Frage, wie die Branche in zehn Jahren mit einem Null-Wachstums-Szenario fertig wird", beschwört Simon. An die Stelle bisheriger Hardware- Wachstumskonzepte sollen stärker kommunikationsorientierte Technologien treten.
Bevor jedoch ein neues mehr auf softwaretechnischen Entwicklungen basiertes Ökosystem in der Branche Fuß fasst, müssen die Branchengrößen zunächst einige akute und handfeste Probleme lösen. Vor allem der steigende Energieverbrauch in den High-Tech-Rechenzentren macht den Unternehmen zu schaffen, was Dave Turrek, Vizepräsident IBM Deep Computing, zu der süffisanten Aussage verleitete, dass bald schon jedes HPC-Rechenzentrum eine eigene Kraftwerksversorgung benötige.
Einerseits sei der Markt für HPC zwar durch die konstanten Notwendigkeiten an Geschwindigkeit und Speicherkapazität getrieben, so Turrek, andererseits treibe der rasant ansteigende Energieverbrauch die Kosten in die Höhe, wie Turrek am Beispiel des Google Data Center illustrierte, das soviel Strom verbrauche wie eine ganze Stadt.
In den USA kostet die von HPC benötigte Energieleistung von einem Megawatt zwischen 1,3 und 1,8 Millionen Dollar. IBM gibt deshalb neue Design-Parameter für Pentaflop-Systeme aus und will die Kosten pro Megawatt deutlich senken, und zwar "von derzeit 75 Megawatt (MW) pro Pentaflop auf unter sieben MW", gibt Turrek vor. Wie das konkret geschehen soll, lässt der Branchenprimus aber noch offen.
Alan Gara vom IBM T. J. Watson Research Center illustriert die Problematik an einigen hausgemachten Beispielen wie dem Earth Simulator, Blue Gene/L und MareNostrum: "Wenn wir die Systeme ohne technische Innovation weiter aufrüsten, müssen wir mit einer Verdoppelung des Energiebedarfs alle 18 Monate rechnen." Eine Patentlösung für diese Problematik existiere noch nicht, sei aber auf der Basis von Kooperationen mit unterschiedlichen Partnern in Reichweite.
Mittelfristig könnten die USA unter der Führung von IBM sogar einen Teil ihrer Vormachtstellung einbüßen. Big Blue hat bereits reagiert und will mit dem Aufbau von Entwicklerkapazitäten in Asien rechtzeitig gegensteuern. Doch die Konkurrenz schläft nicht: Der asiatische Spitzenreiter Japan verfügt nach der neuen Top500-Liste bereits über 23 HPC-Systeme und hat damit schon fast die Hälfte des deutschen Volumens von derzeit 40 erreicht.
In ganz Asien sind 58 Systeme installiert, auch dies macht schon fast die Hälfte des europäischen Volumens mit 114 aus. Auf der HPC-Landkarte immer auffallender präsent ist außerdem China mit derzeit 19 Systemen. Das Reich der Mitte unterstrich seine künftige Bedeutung auch durch mehrere Vertreter auf der International Supercomputing Conference (ISC).ZDNet befragte Michael Resch, Direktor des Höchstleistungs-Rechenzentrums (HLRS) in Stuttgart, zur Zukunft des High Performance Computings und zur Bedeutung der Top-500-Liste:
ZDNet: Herr Resch, was waren denn für Sie und die übrigen Organisatoren die Highlights der diesjährigen Supercomputing?
Resch: Der zentrale Punkt war sicher die Diskussion über mögliche zukünftige Petaflopsysteme. Wo bisher immer optimistisch in erster Linie von Zeithorizonten die Rede war – und im Vordergrund die Frage stand, wann wir Petaflops erreichen - wurde nun erstmals offen diskutiert vor welchen Problemen wir in Wirklichkeit stehen. Das besonders Positive daran ist, dass mit dieser Diskussion auch erstmals begonnen wurde vom Supercomputing über die reine Rechenleistung hinaus zu diskutieren.
ZDNet: Rein hardwarebasierte Konzepte haben etwas von dem Glanz früherer Tage verloren, worin liegt denn Ihrer Meinung nach die Zukunft des High Performance Computing?
Resch: Die Zukunft des High Performance Computing liegt noch immer in der Qualität der Konzepte – das war seit Seymour Crays Zeiten so und das gilt auch noch heute. Das bezieht sich sowohl auf die Hardware als auch auf die Lösungen, die wir im High Performance Computing anbieten können. Die rein quantitativen Konzepte mit Leistungssteigerungen einzig aufgrund der enormen Anzahl von Prozessoren sind zwar ein notwendiger Weg um neue Erkenntnisse zu gewinnen, taugen aber auf Dauer nicht als Lösung für eine Ära des Petaflopscomputing. Wir brauchen qualitativ neue Hardwarekonzepte. Darüber hinaus müssen wir uns als Community aber auch für neue Nutzergruppen öffnen.
ZDNet: Sie wiesen in Ihrem Vortrag darauf hin, dass mehr User als bisher vom Supercomputing profitieren sollten, wie stellen Sie sich die konkrete Umsetzung des von Ihnen als "kontextzentriertes Computing" beschriebenen Trend vor?
Resch: Konkret heißt das, dass wir von einem hardwarezentrierten Konzept Abschied nehmen müssen. Der Rechner kann nicht mehr im Mittelpunkt stehen, sondern ist nur noch eines von vielen Werkzeugen, das im Entwicklungsprozess eingesetzt wird. Diese Umsetzung bedeutet, dass wir stärker in Prozessketten und Arbeitsabläufen denken müssen. Es heißt aber vor allem, dass wir uns stärker mit unseren Benutzern auseinander setzen müssen. Das sind aber nicht einfach dieselben Gruppen wie bisher, sondern wir müssen Ärzte, Investmentbanker, Entwicklungsingenieure und andere als die eigentlichen Endkunden endlich ernst nehmen.ZDNet: In welchen Bereichen und für welche Anwendungen könnte HPC einen konkreten Nutzwert generieren?
Resch: Die Zahl der Bereiche ist nach wie vor sehr groß, da jeder Leistungssprung auch neue Horizonte für neue Anwendungen eröffnet. Ein großer Bereich ist die Medizin wo die Nutzbarkeit des Rechners von Operationsplanung – also biomechanischen Problemen – bis zur Genanalyse reicht. Wir sprechen hier in der Zwischenzeit von biologischen Systemen, die von der Zelle bis zum vollständigen Organismus simuliert werden können. Ein weiterer Bereich wird zunehmend in den TOP500 deutlich, wo wir immer mehr Banken finden. Finanzanalysen sind ein Markt, der interessant wird und für den heute auch die Leistung zur Verfügung steht. Daneben gibt es die traditionellen Bereiche, die weiter starken Bedarf an Rechnern haben.
ZDNet: Gilt dies auch für kleine und mittelständische Unternehmen?
Resch: Für die KMUs stellen Supercomputer schon heute einen konkreten Nutzwert zur Verfügung. Über unsere Public-Private-Partnership mit T-Systems und Porsche haben heute schone KMUS Zugang zu den Supercomputern in Stuttgart. Der Schlüssel zum Erfolg liegt hier in der Einfachheit des Zugangs. Grid-Konzepte sind hier hilfreich, müssen aber jenseits aller Modediskussionen um das heikle Thema Grid pragmatisch und problemorientiert vorangetrieben werden. Auch hier gilt: Der Kunde muss im Mittelpunkt stehen, wenn die Lösung akzeptiert werden soll.
ZDNet: Die Top-500-Liste und das Linpack-Benchmark sind durchaus umstrittene "Kennzahlen". Wie "echt" und aussagekräftig sind denn Ihrer Meinung nach die Resultate?
Resch: Die Top-500-Liste gerät natürlich zunehmend unter Druck. Die realen Anwendungsleistungen und die Werte der Liste klaffen mittlerweile so weit auseinander, dass sie für den Käufer kaum noch Aussagekraft haben. Insofern müssen sich die Autoren der Liste Gedanken machen. Andererseits reflektiert die Top-500-Liste Liste sehr gut die Trends der Zeit und ist noch immer die einzige weltweit genutzte Liste um Leistungen abschätzen zu können. Die Leistungszahlen der Liste sind eigentlich bedeutungslos. Die Liste selber ist aber von außerordentlich hohem Wert für die Community.ZDNet: Mit welchen Problemen sind Sie denn konkret konfrontiert?
Resch: Am deutlichsten wird die Problematik der Liste am Beispiel unserer letzten Beschaffung. Wir haben uns für jenen Rechner entschieden, der unseren Nutzern die höchste Leistung liefert. Das war ein Vektorsystem. Damit rangieren wir auf Platz 27. Mit demselben Budget hätten wir durch Anschaffung eines PC-Clusters etwa Platz drei erreichen können. Für unsere Benutzer wäre dieser aber eine sinnlose Anschaffung gewesen. Als Direktor eines Zentrums sind sie hier im Zwiespalt zwischen Nutzer und Öffentlichkeit – die sich natürlich einen möglichst hohen Rang in den Top 500 wünscht.
ZDNet: Gibt es neue Konzepte?
Resch: Der in Deutschland entwickelte Benchmark IPACS[4] sowie die neueren Arbeiten von Jack Dongarra, die unter dem Kürzel HPC Challenge (http://icl.cs.utk.edu/hpcc/) bekannt wurden, werden uns erheblich bessere Leistungszahlen liefern. Die Einfachheit der Top 500 Liste werden Sie aber nicht erreichen können. Aber auch hier kann man den Vergleich mit der Automobilwelt ziehen. Die Angabe der Pferdestärke reicht dort mittlerweile auch nicht mehr, um die Qualität eines Formel-1 Fahrzeuges zu beschreiben.
ZDNet: Welche Innovationen hält für uns die kommende Ära des Petaflop-Computing bereit?
Resch: Das ist schwer abzuschätzen. Die Community ist sich im Augenblick hauptsächlich darin einig, welche Probleme wir haben werden. Mit Sicherheit werden wir noch einige Schritte zum Ausbau der Parallelität sehen. IBM spricht von 100.000 Prozessoren und das wird noch gesteigert werden. Daneben werden wir eine Steigerung der Anzahl von Kernen auf einem Prozessor sehen. Zumindest acht solcher Kerne auf einer CPU halte ich für realistisch. Andererseits hat NEC auf der ISC in Heidelberg die Entwicklung von Speicherverbindungen basierend auf Glasfasertechnologie angekündigt. Damit würden wir wieder mehr Leistung für Einzelprozessoren bekommen.
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