High Performance Computing: 5 Trends für 2023

Neue Supercomputer helfen uns dabei, unsere Welt besser zu verstehen und Lösungen für Probleme zu finden, die ohne Hilfe ungelöst bleiben würden. Der Einsatz von High Performance Computing (HPC)-Anwendungen ist dabei schon in unseren Alltag vorgedrungen. Ein Ende dieses HPC-Booms ist noch nicht in Sicht. Wir haben für Sie die 5 wichtigsten Trends in diesem Bereich ausfindig gemacht.

Alles ist klinisch sauber. In dieser Halle hätten mehrere Reisebusse Platz oder eine Rockbühne inklusive Zuschauer*innen. Musik ist allerdings keine zu hören, nur ein allgegenwärtiges Summen. Von den unzähligen Deckenschienen hängen dicke, dunkle Plura Kabel herunter. Alle paar Meter führt eine redundante Stromversorgung in die hochmodernen Serverschränke. Insgesamt stehen fünf Reihen dieser futuristisch anmutenden Quader nebeneinander, jeder ungefähr 30 Meter lang. Am Ende schließlich das Logo, ein Kompass, und der dazugehörige Schriftzug: FRONTIER.

Der Frontier ist der erste Supercomputer mit einer Leistung über 1 ExaFLOPS.

Inhalt

Der erste Computer im Exascale Bereich
Wissenschaftliche Durchbrüche werden erwartet
HPC boomt weltweit
5 wichtige Trends am HPC-Markt 2023
Fazit
Whitepaper: High Performance Computing

Der erste Computer im Exascale Bereich

Mit dem Supercomputer „Frontier“ hat das US-Energieministerium eine neue Ära in Sachen High Performance Computing (HPC) eingeleitet. Im Mai 2022 wurde bekannt gegeben, dass der gewaltige Rechner im Oak Ridge National Laboratory (ORNL) 1,1 ExaFLOPS erreicht. Er ist somit der allererste Supercomputer, der die Exascale-Geschwindigkeitsgrenze durchbrochen hat.  Mit Stand November 2022 ist der Frontier laut Top500-Liste der schnellste und leistungsstärkste Supercomputer der Welt. Ein Titel, der seit Jahren heiß umkämpft ist und in unregelmäßigen Abständen neu vergeben wird.

- Info
Die Einheit FLOPS (englisch für Floating Point Operations Per Second) ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit von Computern oder Prozessoren und bezeichnet die Anzahl der Gleitkommazahl-Operationen (Additionen oder Multiplikationen), die pro Sekunde ausgeführt werden können. Ein ExaFLOPS entspricht 1018 FLOPS – das sind eine Trillion Gleitkommazahl-Operationen pro Sekunde.

Der Frontier von HPE stellt einen Weltrekord bei Geschwindigkeit und Leistung dar und wurde von Wissenschaftler*innen und Forscher*innen entwickelt, um die Forschung weiter voranzutreiben und noch größere Datenmengen analysieren zu können. Mithilfe von künstlicher Intelligenz soll er Durchbrüche zum Nutzen der Menschheit ermöglichen. Damit ist er nicht der Einzige, denn neue Fragen werden immer schwieriger und die Suche nach Antworten wird zunehmend komplex. Hier beginnt der Einsatzbereich von Supercomputern. Kurz gesagt: Die Technik muss sich unseren neuen Anforderungen anpassen. Computer wie der Frontier wurden genau dazu entwickelt.

Wissenschaftliche Durchbrüche werden erwartet

Derartige Rechenriesen ermöglichen nicht nur die Modellierung und Simulation unglaublich komplexer wissenschaftlicher Fragestellungen in Bereichen wie Biologie, Physik und Chemie, sondern nutzen auch künstliche Intelligenz und Machine Learning, um menschliches Lernverhalten nachzuahmen und selbst Schlüsse ziehen zu können. Klingt aufregend? Ist es auch.
Der Frontier besteht aus mehreren HPE Cray Supercomputern – insgesamt wurden 9.472 Rechner vom Typ HPE Crusher zusammengeschlossen, die über 74 Racks füllen. Der Rechner hat in Summe einen Arbeitsspeicher von 9 PetaBytes, was 512 GB DDR4-Arbeitsspeicher pro Node entspricht. Er bietet seinen User*innen umfangreiche Wahlmöglichkeiten ohne Kompromisse und liegt damit voll im weltweiten HPC-Trend.

HPC boomt weltweit

Durch den in allen Bereichen immens gestiegenen Hunger nach Daten und die neuen Möglichkeiten der digitalen Transformation wird auch dem globalen HPC-Markt ein exponentielles Wachstum vorausgesagt. Einer Studie zufolge wurde dieser Markt im Jahr 2020 auf rund 32,5 Milliarden USD geschätzt und wird sich in den nächsten fünf Jahren nahezu verdoppeln. Grund dafür ist die Fähigkeit dieser Systeme, eine bessere Rechenleistung und eine höhere Geschwindigkeit an den Tag zu legen, um die Grenzen unflexibler Technologien zu überwinden. Von kleinen Aktivitäten bis hin zu High-End-Workloads können kleine und große Unternehmen sowie der öffentliche Sektor ein breites Spektrum an Aufgaben optimieren. In Zukunft werden Supercomputing-Technologien in nahezu jeder Betriebsumgebung eine entscheidende Rolle spielen.

Wir haben 5 wichtige Trends am HPC-Markt 2023 für Sie zusammengefasst:

1. Künstliche Intelligenz und Machine Learning

KI ist im Grunde der Versuch, menschliches Lernen und Denken auf den Computer zu übertragen und ihm damit Intelligenz zu verleihen. Eine gut programmierte KI kann im Idealfall eigenständig Antworten finden und selbstständig Probleme lösen. Bei der Analyse von Big Data wird sie eingesetzt, um Arbeitslasten intelligent aufzuteilen und zu verarbeiten. So werden die Ressourcen von HPC-Systemen optimiert und die Entscheidungsfindung zu verbessert.

Der Einsatz von KI bringt eine Vielzahl von organisatorischen Vorteilen mit sich. Immer mehr Unternehmen erkennen, wie sie mithilfe von KI Kosten senken und ihren Umsatz steigern können. Selbst die Mitarbeiter*innen-Produktivität kann dadurch erhöht werden.

Auch während der Coronapandemie stand die künstliche Intelligenz hinter vielen Erfolgen und Erkenntnissen im Kampf gegen COVID-19. KI half bei der schnellen Sequenzierung der Genome neuer Virusstämme bis zur Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen. KI und Machine Learning (MI) treiben die Spitzenforschung voran, sorgen für Fortschritte bei der Entwicklung von Krebstherapien, helfen bei der Vorhersage extremer Wetterbedingungen und der Bekämpfung des Klimawandels bis hin zur Steigerung der Ernteerträge. Selbst dieser Blog könnte mithilfe von künstlicher Intelligenz geschrieben worden sein. KI und Ml gehören zu den ganz großen Trends 2023.

Künstliche Intelligenz ist in sehr vielen Bereichen auf dem Vormarsch.

2. HPC als Helfer der öffentlichen Hand

Der öffentliche Sektor ist für den Einsatz von Supercomputern nahezu prädestiniert. Regierungen und staatliche Verwaltungen müssen seit jeher mit großen Datenmengen arbeiten, sei es am Arbeitsmarkt, beim demografischen Wandel, im Gesundheitswesen oder im Verkehrswesen. Wo viele Menschen sind, sind fast immer auch viele Daten.

Supercomputer öffnen neue Wege zur Lösung komplexer, wissenschaftlicher und technischer Herausforderungen und ermöglichen es, die gemachten Ergebnisse auf einer nie zuvor möglichen Auflösungs-, Granularitäts- und Detailebene zu präsentieren. HPC hilft Regierungen und öffentlichen Einrichtungen außerdem dabei, schneller auf Notfälle zu reagieren, terroristische Bedrohungen besser zu analysieren und das Wetter genauer vorherzusagen. Allein die durch HPC ermöglichte Ersparnis kann ein Vielfaches der ursprünglichen Investition betragen. Für den öffentlichen Sektor ist Supercomputing nach wie vor ein Megatrend.

3. HPC as a Service

Der wohl wichtigste Trend wird die weitere Verbreitung von HPC as a Service sein. In vielen Unternehmen wird auf Managementebene immer noch die Meinung vertreten, High Performance Computing sei zu komplex, zu teuer und zahle sich nur für Konzerne, größere Bildungs- und Forschungseinrichtungen und die öffentliche Hand aus. Diese Ansicht ist inzwischen überholt.

Grundsätzlich stimmt es: High Performance Computing war ursprünglich darauf ausgerichtet, Wissenschaftler*innen bei komplexen mathematischen Berechnungen zu unterstützen und wurde alsbald von großen Unternehmen genützt. Inzwischen ist der Einsatz von Supercomputern allerdings deutlich breiter gefächert. Angesichts der enormen Datenmengen entdecken dieses Thema immer mehr Firmen für sich. Es ist nicht mehr nötig, vor den Möglichkeiten des High Performance Computing zurückzuschrecken. Leider werden die Vorteile des Supercomputings in einer Reihe von Branchen immer noch nicht ausgeschöpft, deshalb ist an der Zeit, die Technologie zu entmystifizieren: Die Lösung heißt HPC as a Service.

Daten und Arbeitslasten werden auch in kleineren Unternehmen immer komplexer. HPC as a Service bietet die für das Supercomputing typische, höhere Rechenleistung und Geschwindigkeit als Plattform-Lösung an, sodass Organisationen ein breites Spektrum ihrer Aufgaben optimieren können. Gemeinsam mit HPE unterstützt ACP Unternehmen dabei, die Vorteile des High Performance Computing als on Premises-Service zu nutzen.

Bei HPE GreenLake für High Performance Computing (HPCaaS) wird das Service vor Ort belassen, wo es am besten läuft. So wird HPC mit Cloud-ähnlicher Flexibilität und Managementfunktionen ausgestattet und ermöglicht eine On-Demand-Verfügbarkeit von Ressourcen, die zu mehr Kosteneffizienz führt und die nötige Flexibilität und Skalierbarkeit zur Ausführung von HPC-Workloads bietet. Der Einsatz von Containern unterstützt Unternehmen außerdem dabei, die Anforderungen vieler HPC-Anwendungen wie Zuverlässigkeit, Automatisierung und Sicherheit zu erfüllen. HPE GreenLake für High Performance Computing (HPCaaS) verkürzt die Time-to-Market von IT-Projekten um 80 Prozent und punktet mit 45 Prozent geringeren Gesamtbetriebskosten (TCO) für die Infrastruktur. Die Betriebskosten können an den Geschäftsergebnissen ausgerichtet werden, mit vorhersehbarer monatlicher Abrechnung. Sie zahlen nur für die Leistung, die Sie verbrauchen.

So können Unternehmen jede beliebige HPC-Infrastruktur erwerben und selbst entscheiden und erhalten eine kundenspezifische Lösung. Durch Expert*innenunterstützung zur Optimierung von HPC-Workloads, einschließlich Containerisierung, wird der tägliche Betrieb vereinfacht und es müssen im Normalfall keine neuen Fachkräfte eingestellt werden. HPE GreenLake für High Performance Computing (HPCaaS) ist mehr als ein Kompromiss.

Mit einer HPC as a Service-Lösung verbessert sich auch die Zufriedenheit der Mitarbeiter*innen.

4. Noch mehr Daten, noch mehr Leistung

Die Erzeugung, Erfassung, Vervielfältigung und der Verbrauch von Daten ist laut der Big-Data-Statistik von Forbes zwischen 2010 und 2020 um unglaubliche 5000 Prozent gestiegen. Der Datenverbrauch stieg von 1,2 Billionen Gigabytes auf über 60 Billionen Gigabytes. Da absolut davon auszugehen ist, dass diese Datenmengen in allen Bereichen weiter steigen werden, muss auch die Leistung der Daten verarbeitenden Technologien mitwachsen. Auch Europa hat die Wichtigkeit dieser Entwicklungen bereits erkannt und investiert in den nächsten Jahren bis zu 80 Milliarden Euro in neue bessere HPC-Hardware. Der Wettbewerb um die stärksten Computer ist weiterhin im Trend.

Das Streben nach Exascale trägt dazu bei, IT-Innovationen voranzutreiben.

5. Nachhaltigkeit

Der Betrieb großer Rechenzentren und leistungsstarker Computercluster ist leider alles andere als energiesparend. Umweltexpert*innen sagen voraus, dass allein die Rechenzentren bis 2030 zwischen 3 Prozent und 7 Prozent des weltweiten Stroms verbrauchen werden. Aus diesem Grund stehen Kennzahlen wie die Stromverbrauchseffektivität (PUE) und die Kohlenstoffemissionen in vielen Führungsetagen ganz oben auf der Agenda. Grundlegende Veränderungen bei der Stromversorgung, innovative Kühltechniken und der Einsatz nachhaltiger Energiequellen setzen sich immer mehr durch. Sogar die Verwendung umweltfreundlicher Materialien und die Ökobilanz der Lieferketten gelangen immer mehr in den Fokus. Die Bemühungen von HPC-Unternehmen und Cloud-Dienstleistern, innovative Ideen zur Bewältigung dieser Herausforderungen zu entwickeln, sind jedenfalls zu begrüßen, denn Nachhaltigkeit liegt in der IT-Branche absolut im Trend.

Fazit

Mit der Unterstützung leistungsstarker Supercomputer werden wir künftig nicht nur die drängendsten Fragen der Menschheit beantworten können, die vielseitigen Anwendungen des High Performance Computing sind bereits in unserem Alltag angekommen. Durch die Analyse von Big Data erhalten wir neue Erkenntnisse, die sowohl Unternehmen jeder Größenordnung als auch der öffentlichen Hand zu Gute kommen.

Wir haben uns die Entwicklungen am stark wachsenden, globalen HPC-Markt angesehen und haben für Sie die 5 wichtigsten Trends zusammengefasst:

1. Künstliche Intelligenz und Machine Learning
2. HPC als Helfer der öffentlichen Hand
3. HPE GreenLake für High Performance Computing (HPCaaS)
4. Noch mehr Daten, noch mehr Leistung
5. Nachhaltigkeit

Gemeinsam mit HPE unterstützen wir unsere Kunden dabei, Ihre komplexen Herausforderungen mit High Performance Computing zu bewältigen. Nehmen Sie Kontakt mit uns auf, wenn sie mehr zu HPC-Lösungen erfahren möchten.