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© Barcelona Supercomputing Center - National Supercomputing Center (BSC-CNS)Nimmt viel Platz weg: Supercomputer, hier von IBM in Barcelona

Im Wettrennen um die schnellsten Rechner der Welt liegen die Asiaten vorne – und rüsten auf / Von Julian Freitag und Jonas Jansen

China entwickelt einen Supercomputer, der zehnmal schneller sein soll als der leistungsfähigste Rechner der Welt. Der erste Exaflop-Rechner überhaupt soll eine Trillion Rechenoperationen pro Sekunde ausführen, der Prototyp von Tianhe 3 soll im Frühjahr des nächsten Jahres fertig sein. Exaflop steht für ein System, das 10 hoch 18 sogenannte Fließkommaoperationen pro Sekunde, Flops genannt, berechnen kann.

Das ist ein Schritt, an dem Forscher schon lange arbeiten und der alles andere als leicht zu erreichen ist – nur mit technischem Fortschritt. Denn um die Rechenkraft dieser Supercomputer zu steigern, reicht es nicht, noch mehr Chips hintereinanderzuschalten. Zwar werden die Prozessoren immer schneller, doch auch sie stoßen an Grenzen. Gleichzeitig verbrauchen diese riesigen Maschinen Unmengen Energie. Wo ein Supercomputer rechnet, sind Dutzende Maschinen zugeschaltet: Manche dienen nur dazu, bei einem Stromausfall die Zeit zu überbrücken, bis das System wieder hochgefahren ist. Die Supercomputer saugen zur Kühlung in Sekunden Hektoliter an Wasser auf, damit Glasfaserkabel, die dick sind wie die Arme von Bauarbeitern, Zehntausende Chips miteinander koppeln können.

Die schnellsten Rechner stehen in China

Bislang messen die Supercomputer-Forscher in Petaflops, der aktuell leistungsfähigste Computer Sunway Taihu Light schafft 93 davon. Der steht auch in China, im Nationalen Zentrum für Supercomputer in Wuxi und ist schon deutlich schneller als der zweitschnellste Rechner Tianhe 2, ebenfalls ein chinesisches Modell. Heutige Alltagsrechner liegen normalerweise im Bereich von Gigaflops, sie schaffen also Milliarden an Rechenaufgaben pro Sekunde. Der derzeit schnellste Supercomputer ist ungefähr eine Million Mal leistungsfähiger als handelsübliche Computer. Um eine Stunde Rechenarbeit dieser Maschine zu bewältigen, müsste die gesamte Erdbevölkerung 538 Jahre lang jede Sekunde eine Rechnung in einen Taschenrechner tippen. Doch die Rechnungen von Supercomputern sind nicht vergleichbar mit normaler Computernutzung. Sie erfüllen nationale Aufgaben, Universitäten buchen sich Rechenzeit, um komplizierte Modelle etwa zur Wetterbestimmung, zur Simulation von Naturkatastrophen oder der Smog-Entwicklung zu erstellen.

So hat sich der Supercomputer Tianhe 1, der in den Räumen von Chinas nationaler Wetterbehörde in Peking steht, bei der Smog-Vorhersage bislang als “nutzlos erwiesen”, wie die Forscher hinter vorgehaltener Hand berichten. Der neue Supercomputer soll die Smog-Verteilung sogar für das ganze Land simulieren können. Verglichen mit seinen Nachfolgern, ist Tianhe 1 mit seinen 2,56 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde ohnehin schon lange abgehängt, was die Geschwindigkeit betrifft. Allerdings ist seine Rechenkapazität gut ausgelastet: Mehr als 1400 Aufträge erledigt der Computer jeden Tag.

Wettlauf zwischen China und den Vereinigten Staaten

Um die Vorherrschaft der Supercomputer liefern sich die Vereinigten Staaten und China ein Rennen. Beide Nationen stellen derzeit 171 der 500 leistungsfähigsten Rechner auf der Welt. Barack Obama hatte in seiner Amtszeit als amerikanischer Präsident eine Art obersten Befehl für eine nationale Supercomputer-Strategie ausgegeben. Denn die Amerikaner liegen nur auf Platz drei der Rangliste, der von ihnen geplante Exaflop-Rechner soll frühestens im Jahr 2020 fertig werden. Der Wettlauf um die schnellste Rechenkraft hat auch politische Bedeutung: So haben die Chinesen den derzeit schnellsten Computer komplett aus im Land gefertigten Komponenten hergestellt, während der vorige Spitzenreiter Tianhe 2 noch mit Hilfe von Chips und Grafikkarten der amerikanischen Unternehmen Intel und Nvidia rechnete. Doch im Frühjahr 2015 blockierte die Regierung in Washington die Lieferung Zehntausender neuer Intel-Prozessoren nach China, mit denen der Supercomputer aufgerüstet werden sollte. Die Amerikaner begründeten das damit, dass Peking mit seinem Großrechner auch Tests von Nuklearwaffen modellieren und simulieren könnte, was die Sicherheit der Vereinigten Staaten bedrohe. Seit diesem Vorfall setzen die Chinesen verstärkt auf die eigene Produktion; auch der neue Rechner Tianhe 3 soll komplett chinesisch sein.

Wenn man die Leistung der 500 schnellsten Supercomputer zusammennimmt, kommt man auf eine Rechenleistung von 0,627 Exaflops, also nur etwas mehr als die Hälfte von dem, was der neue Rechner leisten soll. Entsprechend selbstbewusst sind seine Entwickler: “Die Computer-Leistung wird die führende Rolle Chinas bei Supercomputern zementieren”, sagte Meng Xiangfei, Direktor für Anwendungen am Nationalen Supercomputer-Zentrum in Tianjin. Meng soll die Rechenkraft später verkaufen, wenn der Supercomputer ab dem Jahr 2020 unter voller Last arbeitet. Nach Plänen der Forscher bringt Tianhe 3 jedes Jahr 1,49 Milliarden Dollar an wirtschaftlichen Vorteilen ein.