Supercomputer – Motor der Künstlichen Intelligenz

Supercomputer sind extrem leistungsstarke Computersysteme, die enorme Mengen an Daten in kürzester Zeit verarbeiten können. Ihre Rechenleistung übertrifft die von herkömmlichen Computern bei weitem, was sie ideal für komplexe wissenschaftliche Berechnungen, Wettervorhersagen, molekulare Modellierungen und insbesondere das Training von Künstlicher Intelligenz (KI) macht. Die Existenz dieser Hochleistungsrechner hat erhebliche Auswirkungen auf verschiedene Bereiche, darunter Wissenschaft, Technologie, Wirtschaft und sogar das tägliche Leben. Sie ermöglichen Durchbrüche in der medizinischen Forschung, optimieren industrielle Prozesse und unterstützen bei der Lösung globaler Herausforderungen wie dem Klimawandel. Supercomputer wie der Tianhe-3 in China oder der Frontier in den USA bieten eine immense Rechenkapazität, die für das Training moderner KI-Modelle unerlässlich ist. Diese Modelle, die aus Millionen oder sogar Milliarden von Parametern bestehen, erfordern enorme Rechenressourcen, um effektiv trainiert und eingesetzt zu werden. Ohne Supercomputer wären viele der heutigen Fortschritte in der KI-Forschung und -Anwendung nicht möglich. Der Supercomputer „Frontier“ von HPE erzielt eine Rechenleistung von rund 1.206.000 TeraFLOPS (1,2 Trillionen FLOPS). Damit ist er der leistungsstärkste Supercomputer weltweit (Stand Juni 2024). „Frontier“ kann mehrere Datenformate gleichzeitig verarbeiten und wird deswegen besonders in der KI-Anwendung eingesetzt. Zum Vergleich: laut Angaben von Sony erreicht die Grafikeinheit der Playstation 5 eine Rechenleistung von maximal 10,3 TeraFLOPS. FLOPS steht für Floating Point Operations Per Second (Gleitkommaoperationen pro Sekunde) und bezeichnet die Anzahl der ausführbaren (Gleitkomma-) Rechenoperationen pro Sekunde. Je mehr FLOPS ein Computer schafft, desto schneller und leistungsstärker ist er. Für die Bestimmung von FLOPS wird die gesamte Rechenleistung von Hauptspeicher, Prozessor, Bus, Compiler usw. gemessen. Moderne Supercomputer erreichen Geschwindigkeiten im Petaflop-Bereich (Billiarden von Rechenoperationen pro Sekunde) und Exaflop-Bereich (Trillionen von Rechenoperationen pro Sekunde). Ihre Leistung wird in „Floating Point Operations per Second“ (FLOPS) gemessen. Diese Hochleistungsrechner werden in vielen Bereichen eingesetzt, darunter: Wissenschaftliche Forschung: Simulationen von Klimamodellen, Genomforschung, Astrophysik Ingenieurwesen: Flugzeugdesign, Entwicklung neuer Materialien, Öl- und Gasexploration Medizin: Medikamentenentwicklung, Bildgebungsverfahren, personalisierte Medizin Finanzwesen: Risikomanagement, Finanzmodellierung, Betrugserkennung Supercomputer, wie der Andromeda-Cluster, Summit, Sierra, Sunway TaihuLight, und Tianhe-2A (Milky Way-2A), bieten eine immense Rechenkapazität, die für das Training moderner KI-Modelle unerlässlich ist. Der Andromeda-Cluster ist ein herausragendes Beispiel für die nächste Generation von Supercomputern, die speziell für KI-Anwendungen und große Sprachmodelle entwickelt wurden. Betrieben von Cerebras Systems, besteht der Andromeda-Cluster aus 16 CS-2-Systemen, die zusammen über 13,5 Millionen AI-optimierte Rechenkerne enthalten. Diese leistungsstarke Architektur ermöglicht eine nahezu perfekte lineare Skalierung bei der Verarbeitung großer Sprachmodelle wie GPT-3, GPT-J und GPT-NeoX. Die meisten der 500 leistungsstärksten Supercomputer weltweit befinden sich in Asien. Supercomputer werden vor allem in der Forschung und Entwicklung eingesetzt. Hierbei ermöglichen Hochleistungsrechner für Wissenschaft und Wirtschaft Simulationen, Datenauswertungen, effiziente Produktionsprozesse und verlässliche Prognosen. Ziel ist es, durch Supercomputer Probleme in Angriff zu nehmen, die mit herkömmlichen Computern nicht lösbar sind. Das musst Du wissen – Supercomputer – Motor der Künstlichen Intelligenz Leistung: Supercomputer können mehrere Petaflops oder sogar Exaflops an Rechenleistung erreichen. Technologie: Häufig verwendet werden fortschrittliche Prozessoren und GPU-Technologien wie NVIDIA DGX oder IBM POWER9. Anwendung: Verwendet in Wissenschaft, Klimaforschung, Gesundheitswesen, Finanzanalyse, und besonders im KI-Training. Standorte: Weltweit verteilt, mit bedeutenden Anlagen in den USA, China, Japan, Deutschland und anderen Ländern. Entwicklung: Kontinuierliche Fortschritte in Hardware und Software treiben die Leistungsgrenzen ständig weiter. Kooperationen: Viele Supercomputer-Projekte sind das Ergebnis internationaler Kooperationen zwischen Forschungsinstituten und Technologieunternehmen. Zukunft: Die Entwicklung von Exascale-Computing steht im Fokus, um die nächste Generation von KI und wissenschaftlicher Forschung zu unterstützen. Globale Supercomputer der Übersicht Andromeda Cluster: Ein hochleistungsfähiger Supercomputer, der speziell für KI-Anwendungen und große Sprachmodelle entwickelt wurde, betrieben von Cerebras Systems. Aurora (USA): Betrieben vom Argonne National Laboratory, einer der ersten Exascale-Supercomputer der USA, optimiert für KI-Workloads und wissenschaftliche Berechnungen. Christofari (Russland): Entwickelt von Sberbank, spezialisiert auf KI-Anwendungen im Finanzsektor, bietet eine leistungsstarke Plattform für die Analyse und Verarbeitung großer Datenmengen. Continental NVIDIA DGX Supercomputer: Befindet sich in Frankfurt am Main, Deutschland, und wird von der Continental AG betrieben. Verwendet NVIDIA DGX-Technologie und InfiniBand-Verbindungen, um neuronale Netze für Fahrerassistenzsysteme und autonomes Fahren zu trainieren. Cerebras CS-2: Enthält den größten Chip der Welt, den Wafer-Scale Engine 2. Speziell für Deep Learning und große Sprachmodelle konzipiert, ein unverzichtbares Werkzeug für moderne KI-Forschung. Dammam-7 (Saudi-Arabien): Betrieben von Saudi Aramco, konzentriert sich auf KI-Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie und bietet hohe Rechenkapazitäten zur Optimierung von Energieprozessen. Eagle: Microsofts Azure-System, das auf Platz 3 der Top500-Liste steht. Speziell für das Training von KI-Modellen aufgesetzt. EuroHPC: Der Rat der Europäischen Union hat eine Verordnung über das Gemeinsame Unternehmen für europäisches Hochleistungsrechnen (EuroHPC) angenommen, um deren Ziele auf die Entwicklung und den Betrieb von KI-Fabriken auszuweiten. KI-Fabriken sind Einrichtungen, die eine Infrastruktur für Hochleistungsrechendienste für künstliche Intelligenz bereitstellen. Frontier (USA): Betrieben vom Oak Ridge National Laboratory, der erste Exascale-Supercomputer der Welt, genutzt für verschiedene KI-Anwendungen und wissenschaftliche Simulationen. HPE Fugaku (Japan): Entwickelt vom RIKEN Center for Computational Science und Fujitsu, optimiert für KI-Workloads und wissenschaftliche Berechnungen. Einer der leistungsstärksten Supercomputer der Welt. Fujitsu PRIMEHPC FX1000: Verwendet den A64FX ARM-basierten Prozessor, optimiert für Hochleistungs-Computing und KI-Workloads. Häufig für wissenschaftliche Berechnungen und KI-Forschung eingesetzt. Google TPU v4 Pod: Verwendet Tensor Processing Units (TPUs) der vierten Generation, optimiert für das beschleunigte Training großer KI-Modelle, insbesondere für Google’s eigene KI-Forschung. Graphcore IPU-POD: Basiert auf Intelligence Processing Units (IPUs), optimiert für das beschleunigte Training und die Inferenz von KI-Modellen. Habana Gaudi AI Training System: Entwickelt von Intel nach der Übernahme von Habana Labs, speziell für skalierbares KI-Training. HPC5 (Italien): Betrieben von Eni, spezialisiert auf KI-Anwendungen in der Energiebranche, bietet hohe Rechenkapazitäten für die Optimierung von Energieprozessen. IBM AC922: Verwendet IBM POWER9 CPUs und NVIDIA Tesla V100 GPUs, speziell für KI-Workloads und Deep Learning optimiert. JUWELS Booster Module (Deutschland): Betrieben vom Forschungszentrum Jülich, optimiert für KI und High-Performance Computing, unterstützt verschiedene wissenschaftliche und industrielle Anwendungen. Jupiter: Am Forschungszentrum Jülich wird im nächsten Jahr der erste europäische Supercomputer der Exascale-Klasse in Betrieb genommen. Soll als erster Superrechner in Europa die Marke von einer Trillion Rechenoperationen pro Sekunde brechen und wissenschaftliche Simulationen sowie Durchbrüche beim Einsatz künstlicher Intelligenz ermöglichen. Leonardo (Italien): Betrieben vom CINECA-Konsortium, einer der leistungsstärksten Supercomputer Europas, optimiert für KI und High-Performance Computing. LUMI (Finnland): Betrieben vom CSC – IT Center for Science, einer der leistungsstärksten Supercomputer Europas, optimiert für KI-Workloads und wissenschaftliche Berechnungen. MareNostrum 5 (Spanien): Geplant als einer der leistungsstärksten Supercomputer Europas, soll für KI-Forschung und -Entwicklung eingesetzt werden. NVIDIA DGX SuperPOD: Ein Cluster aus NVIDIA DGX A100 Systemen, optimiert für das beschleunigte Training großer KI-Modelle, bietet eine skalierbare KI-Infrastruktur. Pawsey Setonix (Australien): Betrieben vom Pawsey Supercomputing Centre, spezialisiert auf KI-Anwendungen in der Astronomie und anderen Wissenschaften. Perlmutter (USA): Betrieben vom Lawrence Berkeley National Laboratory, speziell für KI-Anwendungen und wissenschaftliche Simulationen konzipiert, bietet hohe Rechenkapazitäten für fortschrittliche Forschungsprojekte. Project Ceiba: Eine Kooperation zwischen Amazon Web Services (AWS) und NVIDIA, geplant als der weltweit schnellste GPU-basierte Supercomputer für KI mit einer Leistung von 65 Exaflops. SambaNova DataScale: Verwendet eine rekonfigurierbare Dataflow-Architektur, die für verschiedene KI-Workloads optimiert ist, einschließlich Natural Language Processing. Selene (USA): Entwickelt von NVIDIA, speziell für KI-Forschung und -Entwicklung konzipiert, bietet eine flexible und leistungsstarke Plattform für moderne KI-Anwendungen. Stargate: Ein Projekt von Microsoft und OpenAI, plant einen Supercomputer mit Millionen spezialisierter Serverchips, bekannt als „Stargate“, könnte bis zu 100 Milliarden US-Dollar kosten. Sunway TaihuLight (China): Einer der schnellsten Supercomputer der Welt, genutzt für wissenschaftliche Berechnungen und KI-Anwendungen. Tianhe-3 (China): Entwickelt von der Universität für Wissenschaft und Technik der Landesverteidigung in China, erreicht eine Spitzenleistung von 2,05 Exaflops, einer der leistungsstärksten Supercomputer weltweit, eingesetzt für verschiedenste Anwendungen einschließlich KI-Training. xAI Supercomputer: Elon Musks Start-up für künstliche Intelligenz (KI), plant den Bau eines der leistungsstärksten Supercomputers der Welt, um die nächste Generation des Chatbots Grok von xAI anzutreiben. Fazit Supercomputer – Motor der Künstlichen Intelligenz Supercomputer sind nicht nur Meisterwerke der modernen Technologie, sondern auch unersetzliche Werkzeuge, die die Grenzen des Möglichen ständig erweitern. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der Bewältigung globaler Herausforderungen und fördern Durchbrüche in der wissenschaftlichen Forschung, industriellen Entwicklungen und der künstlichen Intelligenz. Von der Vorhersage des Wetters über die Entwicklung neuer Medikamente bis hin zur Optimierung von Energieprozessen – die Anwendungen dieser Hochleistungsrechner sind vielfältig und lebensverändernd. Der Fortschritt in der Supercomputer-Technologie wird durch die kontinuierliche Innovation und Kooperation führender Forschungsinstitute und Technologieunternehmen vorangetrieben. Projekte wie der Andromeda-Cluster, Frontier, Fugaku und viele andere zeigen, wie internationale Zusammenarbeit und modernste Technologie kombiniert werden können, um die nächste Generation von Computern zu entwickeln, die Exascale-Rechenleistung bieten und somit die Tür zu neuen wissenschaftlichen Entdeckungen und industriellen Anwendungen öffnen. Das Wachstum und die Weiterentwicklung von Supercomputern sind ein eindrucksvolles Zeugnis dafür, was erreicht werden kann, wenn die klügsten Köpfe und die fortschrittlichste Technologie zusammenkommen. In einer Welt, die zunehmend von Daten und maschinellem Lernen geprägt ist, bleiben Supercomputer das Rückgrat für Innovationen und Fortschritte, die das Potenzial haben, unsere Welt auf grundlegende Weise zu verändern. Die fortlaufende Verbesserung dieser Technologien verspricht, noch unvorstellbarere Höhen zu erreichen und weiterhin als Katalysator für wissenschaftliche und technologische Revolutionen zu dienen. Mit Supercomputern wie dem Andromeda-Cluster, die speziell für anspruchsvolle KI-Anwendungen konzipiert wurden, können wir sicher sein, dass die Zukunft der Technologie und Wissenschaft aufregend und grenzenlos sein wird. Diese Systeme sind nicht nur Werkzeuge, sondern auch Symbole für die menschliche Fähigkeit, große Herausforderungen zu meistern und ständig nach vorne zu streben. Supercomputer Top500 #Supercomputer, #KünstlicheIntelligenz, #Hochleistu