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Der Begriff ?Supercomputer¡° bezieht sich auf einen Computer, der mit einer h?heren Performance arbeitet als ein Standardcomputer. Oft bedeutet dies, dass die Architektur, die Ressourcen und die Komponenten von Supercomputern diese extrem leistungsf?hig machen, sodass sie mit oder m?glichst nahe an der h?chstm?glichen Betriebsrate f¨¹r Computer arbeiten k?nnen.?

Supercomputer enthalten die meisten der wichtigsten Komponenten eines typischen Computers, darunter mindestens einen Prozessor, Peripherieger?te, Anschl¨¹sse, ein Betriebssystem und verschiedene Anwendungen. Der Hauptunterschied zwischen einem Supercomputer und einem Standardcomputer ist seine Rechenleistung.

In der Vergangenheit waren Supercomputer einzelne, superschnelle Maschinen, die vor allem von Unternehmen und wissenschaftlichen Organisationen verwendet wurden, die massive Rechenleistung f¨¹r extrem schnelle Berechnungen ben?tigten. Moderne Supercomputer k?nnen jedoch aus Zehntausenden von Prozessoren bestehen, die Milliarden oder sogar Billionen von Berechnungen pro Sekunde durchf¨¹hren k?nnen.

Zu den g?ngigen Anwendungen f¨¹r Supercomputer geh?ren heute die Wettervorhersage, die Betriebskontrolle von Kernreaktoren und die Kryptologie. Da die Kosten f¨¹r das Supercomputing gesunken sind, werden moderne Supercomputer auch f¨¹r Marktforschung, Online-Spiele und VR- und AR-Anwendungen (Virtual Reality und Augmented Reality) eingesetzt.

Eine kurze Geschichte des Supercomputers

Im Jahr 1964 schufen Seymour Cray und sein Team von Entwicklern bei der Control Data Corporation (CDC) mit dem CDC 6600 den ersten Supercomputer. Damals war der CDC 6600 zehnmal schneller als herk?mmliche Computer und dreimal schneller als der n?chstschnellste Computer, der IBM 7030 Stretch, der Berechnungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 MegaFLOPS (FLoating-point Operations Per Second, Gleitkommaoperationen pro Sekunde) durchf¨¹hrte. Nach heutigen Ma?st?ben ist das zwar langsam, aber damals war er schnell genug, um als Supercomputer bezeichnet zu werden.?

Seymour Cray, der als ?Vater des Supercomputing¡° bekannt ist, und sein Team waren f¨¹hrend in der Supercomputing-Industrie und brachten im Jahr 1969 den CDC 7600 (160 MegaFLOPS), 1982 den Cray X-MP (800 MegaFLOPS) und 1985 den Cray 2 (1,9 GigaFLOPS) heraus.

In der Folge versuchten andere Unternehmen, Supercomputer erschwinglicher zu machen und entwickelten die massiv-parallele Verarbeitung (MPP, Massively Parallel Processing). Im Jahr 1992 bauten Don Becker und Thomas Sterling, Auftragnehmer der NASA, den Beowulf, einen Supercomputer, der aus einer Gruppe von zusammenarbeitenden Computereinheiten bestand. Er war der erste Supercomputer, der das Clustermodell verwendete.

Moderne Supercomputer verwenden sowohl zentrale Recheneinheiten (CPUs) als auch Grafikprozessoren (GPUs), die zusammenarbeiten, um Berechnungen durchzuf¨¹hren. nennt den Fugaku-Supercomputer im japanischen Kobe am RIKEN Center for Computational Science als schnellsten Supercomputer der Welt mit einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von 442 PetaFLOPS.

Supercomputer versus normale PCs

Moderne Supercomputer aggregieren Rechenleistung, um dank einer wesentlich h?heren Performance als der eines einzelnen Desktop-Computers oder Servers komplexe Probleme in Technik, Wissenschaft und Wirtschaft zu l?sen.

Im Gegensatz zu normalen PCs bestehen moderne Supercomputer aus riesigen Serverclustern, in denen eine oder mehrere CPUs zu Rechenknoten zusammengefasst sind. Rechenknoten bestehen aus einem Prozessor (oder einer Gruppe von Prozessoren) und einem Speicherblock und k?nnen Zehntausende von Knoten enthalten. Diese Knoten sind miteinander verbunden, damit sie kommunizieren und zusammenarbeiten k?nnen, um bestimmte Aufgaben zu erf¨¹llen, w?hrend Prozesse auf Tausende von Prozessoren verteilt sind oder gleichzeitig darauf ausgef¨¹hrt werden.?

So wird die Performance von Supercomputern gemessen

FLOPS werden zum Messen der Performance eines Supercomputers und f¨¹r wissenschaftliche Berechnungen verwendet, bei denen Gleitkommaberechnungen zum Einsatz kommen, d.?h. Zahlen, die so gro? sind, dass sie in Exponenten ausgedr¨¹ckt werden m¨¹ssen.

FLOPS sind ein genaueres Ma? als ?Millionen Instruktionen pro Sekunde¡° (MIPS). Wie bereits erw?hnt, k?nnen einige der derzeit schnellsten Supercomputer mehr als einhundert Billiarden FLOPS (PetaFLOPS) leisten.

Wie funktioniert ein Supercomputer?

Ein Supercomputer kann aus Tausenden von Knoten bestehen, die durch Parallelverarbeitung miteinander kommunizieren, um Probleme zu l?sen. Es gibt jedoch zwei Ans?tze f¨¹r die Parallelverarbeitung: symmetrisches Multiprozessorsystem (SMP) und massiv-parallele Verarbeitung (MPP).?

Bei SMP teilen sich die Prozessoren den Speicher und den I/O-Bus oder Datenpfad. SMP ist auch als eng gekoppeltes Multiprocessing oder als ?Shared-Everything-System¡° bekannt.

MPP koordiniert die Verarbeitung eines Programms durch mehrere Prozessoren, die gleichzeitig an verschiedenen Teilen des Programms arbeiten. Jeder Prozessor verwendet sein eigenes Betriebssystem und seinen eigenen Speicher. MPP-Prozessoren kommunizieren ¨¹ber eine Messaging-Schnittstelle, ¨¹ber die Nachrichten zwischen den Prozessoren versendet werden k?nnen. MPP kann komplex sein und erfordert Kenntnisse dar¨¹ber, wie eine gemeinsame Datenbank partitioniert und wie die Arbeit auf die Prozessoren verteilt werden kann. Ein MPP-System wird als lose gekoppeltes oder ?Shared-Nothing-System¡° bezeichnet.

Ein Vorteil von SMP besteht darin, dass Organisationen mehr Benutzer schneller bedienen k?nnen, indem sie die Workload dynamisch auf die Computer verteilen. SMP-Systeme gelten als besser geeignet als MPP-Systeme f¨¹r die Online-Transaktionsverarbeitung (OTP), bei der viele Benutzer auf dieselbe Datenbank zugreifen (z.?B. einfache Transaktionsverarbeitung). MPP eignet sich besser als SMP f¨¹r Anwendungen, die mehrere Datenbanken parallel durchsuchen m¨¹ssen (z.?B. Entscheidungshilfesysteme und Data-Warehouse-Anwendungen).

Arten von Supercomputern

Supercomputer lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Allzweck- und Spezialcomputer. Innerhalb dieser Kategorien k?nnen Allzweck-Supercomputer in drei Unterkategorien unterteilt werden:

Allzweck-Supercomputer

• Vektorverarbeitende Computer: In den 80er und fr¨¹hen 90er Jahren waren die meisten Supercomputer f¨¹r wissenschaftliche Berechnungen Vektorrechner. Heutzutage sind sie nicht mehr so beliebt, aber moderne Supercomputer haben immer noch CPUs, in denen auch Vektorverarbeitung zum Einsatz kommt.
• Eng verbundene Cluster-Computer: Dabei handelt es sich um Gruppen von verbundenen Computern, die als Einheit zusammenarbeiten. Dazu geh?ren massiv-parallele Cluster, Director-basierte Cluster und Cluster mit zwei oder mehreren Knoten. Parallele und Director-basierte Cluster werden ¨¹blicherweise f¨¹r die Hochleistungsverarbeitung verwendet, w?hrend Zwei-Knoten- und Mehr-Knoten-Cluster f¨¹r Fehlertoleranz eingesetzt werden.
• Commodity-Computer: Dazu geh?ren Anordnungen zahlreicher Standard-PCs, die ¨¹ber lokale Netze (LANs) mit hoher Bandbreite und geringer Latenzzeit verbunden sind.

Spezial-Supercomputer?

Spezial-Supercomputer sind Supercomputer, die f¨¹r eine bestimmte Aufgabe oder ein bestimmtes Ziel gebaut wurden. Sie verwenden in der Regel anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), um eine bessere Performance zu erzielen (z.?B. wurden Deep Blue und Hydra beide f¨¹r Spiele wie Schach entwickelt).?

Anwendungsf?lle f¨¹r Supercomputer

Angesichts ihrer offensichtlichen Vorteile haben Supercomputer in Bereichen wie der Technik und der wissenschaftlichen Forschung breite Anwendung gefunden. Anwendungsf?lle sind unter anderem:

• Wetter- und Klimaforschung: Zum Vorhersagen der Auswirkungen extremer Wetterereignisse und zum Verst?ndnis von Klimamustern, z.?B. im NOAA-System (National Oceanic and Atmospheric Administration)
• ?l- und Gasexploration: Zum Erfassen riesiger Mengen geophysikalischer seismischer Daten zur Auffindung und Erschlie?ung von ?lreserven
• Luftfahrt- und Automobilbranche: Zum Entwickeln von Flugsimulatoren und simulierten Automobilumgebungen sowie zum Anwenden der Gesetze der Aerodynamik f¨¹r den niedrigsten Luftwiderstandskoeffizienten
• Forschung im Bereich der Kernfusion: Zum Bauen von Kernfusionsreaktoren und virtuellen Umgebungen f¨¹r Tests von Kernexplosionen und Waffenballistik
• Medizinische Forschung: Zum Entwickeln von neuen Arzneimittel, Therapien f¨¹r Krebs und seltene genetische St?rungen und Behandlungen f¨¹r COVID-19 sowie zur Erforschung der Entstehung und Entwicklung von Epidemien und Krankheiten
• Echtzeitanwendungen: Zum Aufrechterhalten der Performance von Online-Spielen bei Turnieren und bei der Ver?ffentlichung neuer Spiele, wenn viele Nutzer sie spielen

Supercomputing und HPC

Supercomputing wird manchmal synonym mit High-Performance Computing (HPC) verwendet. Genauer ist es jedoch, zu sagen, dass Supercomputing eine HPC-L?sung ist, die sich auf die Verarbeitung komplexer und gro?er Berechnungen durch Supercomputer bezieht.

Mit HPC k?nnen Sie datenintensive Berechnungen ¨¹ber mehrere vernetzte Supercomputer hinweg synchronisieren. Dadurch k?nnen komplexe Berechnungen mit gr??eren Datens?tzen in weitaus k¨¹rzerer Zeit durchgef¨¹hrt werden, als dies mit normalen Computern der Fall w?re.?

Skalierbarer Storage f¨¹r das Supercomputing

Moderne Supercomputer werden in einer Vielzahl von Bereichen f¨¹r eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt. Einige der weltweit f¨¹hrenden Technologieunternehmen entwickeln KI-Supercomputer in Erwartung der Rolle, die sie im schnell wachsenden Metaverse spielen k?nnten.

Folglich m¨¹ssen Storage-L?sungen nicht nur schnelle Datenabrufe f¨¹r extrem hohe Berechnungsgeschwindigkeiten unterst¨¹tzen, sondern auch so skalierbar sein, dass sie die Anforderungen gro?er KI-Workloads mit hoher Performance erf¨¹llen k?nnen.

VR- und AR-Technologien erfordern eine gro?e Menge an Daten. Dies gilt auch f¨¹r unterst¨¹tzende Technologien wie 5G, maschinelles Lernen (ML), das Internet der Dinge (IoT) und neuronale Netze.

É«¿Ø´«Ã½??FlashArray//XL?bietet erstklassige Performance und Effizienz f¨¹r Unternehmens-Workloads, w?hrend?FlashBlade? die fortschrittlichste All-Flash-Storage-L?sung der Branche ist. Beide bieten eine skalierbare, robuste Storage-L?sung, mit der die schnellsten Supercomputer von heute betrieben werden k?nnen.

Beide sind ¨¹ber?Pure as-a-Service? verf¨¹gbar, eine verwaltete STaaS-L?sung (Storage-as-a-Service) mit einem einfachen Abonnementmodell, das Ihnen die n?tige Flexibilit?t gibt, um Storage-Kapazit?t nach Bedarf zu skalieren.?

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