Hochleistungsrechner Desktop-Supercomputer aus Grafikkarten

Sie werden immer schneller schneller: die Computer, mit denen Wissenschaftler Genome entschlüsseln, das Wetter vorhersagen oder Molekülstrukturen entflechten. Spielegrafikkarten und Konsolen-Chips sollen solche Superrechner künftig für jedermann erschwinglich machen.

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An der Spitze der Schnellsten steht seit Monaten derselbe: Roadrunner. Ein 120 Millionen Dollar teures und 250 Tonnen schweres Rechner-Monstrum hat den ersten Platz in der Top-500-Liste der leistungsstärksten Supercomputer fest für sich gebucht. Exakt 1,105 Petaflop/s schnell ist der von IBM zusammengestellte Zahlenfresser, kann also mehr als eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde ausführen, eine Zahl mit 15 Nullen. Nicht ganz so fix, aber doch rund 250-mal schneller als ein Standard-PC soll die nächste Generation von Schreibtisch-Supercomputern werden - mit Hilfe umfunktionierter Grafikkarten.

Diesen Trick hat sich der Grafikkartenhersteller nVidia ausgedacht und am Dienstag auf der International Supercomputing Conference in Austin, Texas, vorgestellt. Weil Gamer nach immer detaillierteren Spielewelten gieren, Spielefirmen immer realistischere virtuelle Welten programmieren, entwickeln Firmen wie nVidia und ATI seit Jahren immer schnellere Grafikkarten. Deren Rechenleistung lässt mittlerweile so manchen PC-Prozessor lahm aussehen. In diesem Jahr kam für die Grafikchips erstmals die Teraflop/s-Grenze, also eine Billion Rechenoperationen pro Sekunde, in Sichtweite.

Außer bei 3D-Spielen aber liegt diese gewaltige Rechenkraft in der Regel brach. Für die Hersteller also gilt es, neue Absatzmärkte zu schaffen: Wissenschaft statt "World of Warcraft".

Playstation-Chips für den Spitzenreiter

Neu ist die Idee nicht. Immerhin sorgen im Roadrunner spezielle Cell-Prozessoren für Mathe-Power. Es sind modifizierte Versionen jener Chips, die in der Playstation 3 für Action und bunte Bilder sorgen. Von den 1.015 Teraflop/s, die Roadrunner schafft, geht der Löwenanteil, nämlich 971 Teraflop/s, auf die Konsolenchips zurück. Die gut 6000 Opteron-Serverprozessoren in Roadrunners Bauch tragen lediglich 44 Teraflop/s bei.

An den typischen Problemen von Supercomputern haben aber auch die Cell-Chips nichts geändert: Die Rechner sind groß, teuer, schwer zu programmieren, uns stehen nur für wenige Projekte zur Verfügung. Die Grafikchips von nVidia sollen nun dafür sorgen, Supercomputern den Weg direkt in die Büros von Wissenschaftlern und Entwicklern zu ebnen.

Nur noch 10.000 Dollar

Versucht haben das auch schon andere. Erst im September dieses Jahres wagte sich sogar der Großrechnerspezialist Cray auf dieses für ihn ungewohnte Terrain, stellte den Büro-Supercomputer Cray CX vor. Der bietet mit 786 Gigaflop/s ein schon recht stattliches Leistungsvermögen - kostet je nach Ausstattung allerdings auch 25.000 bis 80.000 Dollar.

Schreibtisch-Superrechner, die ihre Kraft aus Grafikkarten schöpfen, sollen dagegen schon für unter 10.000 Dollar angeboten werden, trotzdem viel mehr Leistung bieten als der Cray-PC. Bis zu vier Teraflop/s stellt nVidia in Aussicht und scheint damit nicht zu viel zu versprechen. Mehrere Anbieter, darunter auch Dell, haben seit Montag entsprechende Computer im Angebot oder zumindest angekündigt. Das US-Unternehmen Tycrid etwa bietet für 8500 Dollar eine Maschine an, die 3,7 Teraflop/s leisten soll.

Reichlich RAM

Der darin eingebaute AMD Phenom X4-Prozessor dient in erster Linie zur Verwaltung des Systems. Die Hauptarbeit aber übernehmen vier der von nVidia als "Tesla" bezeichneten Spezialgrafikkarten. Somit werkeln neben dem AMD-Chip noch weitere 960 Prozessorkerne in dem Hochleistungs-PC. Vor allem aber ist der Rechner satt mit Arbeitsspeicher ausgerüstet. Denn - und das ist der neben der fehlenden Monitorschnittstelle der wichtigste Unterschied zu Standardgrafikkarten - auf jeder der vier Tesla-Karten stecken vier Gigabyte schneller Speicher. Kombiniert mit den acht Gigabyte, die dem Phenom-Prozessor zur Verfügung stehen, ist der kleine Superrechner also mit 24 Gigabyte RAM bestückt.

Sind Grafikkartencomputer also die Zukunft der Hochleistungsrechner? Immerhin konnte nVidia stolz verkünden, dass seine Tesla-Karten nicht nur im Kleinen funktionieren. Das Tokyo Institute of Technology hat gerade einen Großcomputer mit 170 Grafikkarten in Betrieb genommen und ist damit auf Anhieb unter die Top 30 der schnellsten Computer der Welt gekommen.

Supercomputer brauchen fette Netzteile

Dell-Chef Michael Dell allerdings hatte ein paar Zahlen in petto, die zeigen, dass es nur mit einer Erhöhung der Rechenleistung vielleicht nicht getan ist. Vor versammeltem Publikum rechnete er vor, wie viel Aufwand man noch treiben müsse, um per Computer die Leistung des menschlichen Gehirns nachzubilden. Dessen Rechenleistung entspreche in etwa 20 Petaflop/s, reichlich mehr also, als die derzeit schnellsten Computer schaffen. Den Preis für einen derart schnellen Rechner taxiert Dell auf 3,6 Milliarden Dollar. Diese Probleme aber sieht er als durchaus lösbar an. Die wahre Herausforderung lauere beim Energieverbrauch. Das menschliche Gehirn nämlich kommt mit etwa 20 Watt aus, einem Wert, der heute kaum ausreicht, um ein sparsames Lowcost-Laptop anzutreiben.

Die von nVidia angekündigten Desktop-Supercomputer aber werden noch weit über solchen Werten liegen. Allein die Grafikkarten in diesen Rechnern benötigen eine Stromversorgung, die ihnen 750 Watt bereitstellt. Hinzu kommen der oder die herkömmlichen PC-Prozessoren, deren Arbeitsspeicher, Festplatten, Lüfter und weitere Laufwerke. Insgesamt dürfte sich der Strombedarf eines solchen Mini-Schnellrechners also bei über tausend Watt einpendeln. Dell hat also Recht: den Supercomputerkonstrukteuren steht noch ein langer Weg bevor.



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