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US-Forscher bauen mächtigen neuen Supercomputer

Matt Simon 12.09.2017

Er wird der wohl mächtigste Rechner der Welt sein, und er benötigt so viel Strom wie eine Kleinstadt. In Tennessee entsteht gerade der neueste Supercomputer der USA. Und so funktioniert er.

Wer die großen, wirklich wichtigen Fragen der Wissenschaft beantworten will, der braucht eine große Maschine – einen riesigen wassergekühlten Computer, der 200.000 mal mehr Leistung hat, als die neuesten Laptops auf dem Markt, und der Strom für rund 12.000 Haushalte schluckt. 

So ein Rechner ist Summit, ein Supercomputer, der am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee gebaut wird. Wenn Summit im kommenden Jahr seinen Dienst antritt, wird er Amerikas mächtigster Rechner sein, vielleicht sogar der mächtigste der Welt.

Weil Wissenschaftler mit immer mehr Daten klarkommen müssen, müssen es auch ihre Rechner – und dazu braucht es erstaunliches Ingenieurs-Knowhow, sowohl in Bezug auf die Computer als auch in Bezug auf die Gebäude, die sie beherbergen müssen, ohne dabei zu schmelzen. Mit einfachen Labor-PCs lassen sich die zahllosen Daten nicht verarbeiten, die etwa den Klimawandel beschreiben. Es braucht mehr für die heutige Gen-, Medikamenten- und Materialforschung. Genau diese komplizierten Daten zirkulieren bald durch die Schaltkreise von Summit.

Summit wird im Vergleich zu seinem Vorgänger Titan eine fünf bis zehnmal so hohe Rechenleistung besitzen. Oak Ridges Titan-Supercomputer wird nach Summits Inbetriebnahme deshalb nur noch ein Jahr weiterlaufen. Nicht, dass etwas mit ihm nicht in Ordnung wäre, aber seine fünf Lebensjahre machen ihn in Supercomputer-Zeiten zu einer alten Maschine. Summit wird ihm folgen: Zelle um Zelle seines Inneren werden gerade mit sogenannten Knoten bestückt. Während bei Titan jeder der 18.688 Knoten aus einem CPU-Kern und einem GPU-Kern besteht, werden es bei Summit pro Knoten zwei CPUs mit jeweils sechs GPUs sein.

So eine GPU muss man sich wie einen Turbolader für die CPU vorstellen. Nicht alle Supercomputer nutzen solch ein als „heterogene Architektur“ bezeichnetes Setup. Diejenigen aber, die es tun, bekommen einen regelrechten Boost: Jeder der 4600 Knoten in Summit kann rund 40 Terraflops aufbringen. Bei voller Leistung kommt der neue Rechner damit auf 200 Petaflops. Zum Verständnis: Ein Petaflop entspricht rund einer Billiarde Operationen pro Sekunde. „Wir wollen, dass unsere Forschungsteams alle diese GPUs ausnutzen, das ist unsere Mission“, sagt Operation Manager Stephen McNally.

Das braucht wie gesagt eine Menge Energie und sorgt für eine enorme Hitze. Eine Herausforderung, die das Unternehemen Heery stemmen muss: Summit und sein Zuhause vor Überhitzung zu schützen. Heery hat mit einer Leistung in Höhe von 20 Megawatt zu tun, 15 davon fallen auf den Supercomputer, das ist genug Energie um eine mittelgroße Stadt mit Strom zu versorgen. „12.000 Südstaaten-Häuser mit ihren Klimaanlagen brauchen rund 20 Megawatt Energie“, vergleicht George Wellborn von Heery. Man könnte es Glück nennen, dass Oak Ridge an die Tennessee Valley Authority angeschlossen ist. Die zieht allein in Tennessee knapp 20.000 Megawatt aus 19 Wasserdämmen, zwei Kernkraftwerken und vielen anderen Stromquellen.

Ein weiteres Ingenieurs-Schmankerl: Jeder der 4600 Knoten des Supercomputers Summit muss einzeln gekühlt werden. Dazu braucht der Rechner eine Menge Wasser. Titan nutzt ein Gefriersystem, andere ertränken die Elektronik in einem Bad aus Öl. „Jeder einzelne dieser Knoten hat eine Kaltplatten-Technologie, bei der wir Wasser durch eine Oberplatte leiten“, sagt Jim Rogers, einer der Direktoren. „70 Prozent der entstehenden Hitze können so absorbiert werden.“

Interessanterweise handelt es sich nicht um eiskaltes Wasser – es hat angenehme 21 Grad Celsius. Der Grund: Würde man die Temperatur zu stark senken, würde sich Tau bilden, der den Computer beschädige. „Man braucht große Fließgeschwindigkeiten, um die Hitze abzuführen“, erklärt Rogers. Rund 30.000 Liter pro Minute. „Das ist ein guter Tausch zwischen Energie-Effizienz und Kosten.“

Summit muss noch durch einige Entwicklungsschritte, bevor er sich mit bedeutender Wissenschaft beschäftigen kann. Seine Zellen sollten bis Oktober fertig installiert sein, dann folgen noch ein Jahr lang Tests und Schwachstellensuche. Danach aber wird eines der beeindruckendsten Geräte der Menschheit seinen Dienst aufnehmen und mindestens gleichauf mit anderen Supercomputern dieser Welt sein.