Großrechner sind notorische Stromfresser – je leistungsstärker desto energieaufwändiger. Das es auch anders geht, zeigt der deutsche Supercomputer QPACE. Er liegt im internationalen Ranking der „Green500“-Liste mit 773 Megaflops pro Watt an erster Stelle und ist damit der energieeffizienteste Rechner der Welt.
In der Welt der Supercomputer galt die Rechnergeschwindigkeit lange Zeit als das einzige Maß für Leistung oder „Performance“. Das aber führte dazu, dass vermehrt Rechner entwickelt wurden, die eine enorme Menge an Energie verbrauchen. Die Energieeffizienz blieb als maßgeblicher Faktor zumeist außen vor. Erst mit dem verstärkten Aufkommen von Diskussionen um Rohstoff- und Energieknappheit in den letzten Jahren gewannen auch diese Aspekte für die Entwicklung von Supercomputern an Bedeutung. Inzwischen hat sich daher neben der herkömmlichen Top500-Liste der schnellsten Rechner eine halbjährlich aktualisierte Green500-Liste der Supercomputer mit dem geringsten Energieverbrauch zur zweiten relevanten Messlatte im Supercomputing entwickelt.
Vier Mal effizienter als Top500-Computer
In Liste der energieeffizientesten Supercomputer vom Juni 2010 belegt der deutsche Supercomputer QPACE (QCD Parallel Computing on the Cell) den ersten Platz. Mit 773,38 Megaflops pro Watt (Millionen Rechenoperationen pro Sekunde pro Watt) ist er gut vier Mal so effizient wie die bei durchschnittlich 181 Megaflops/Watt liegenden Supercomputer der Top500-Liste.
QPACE wurde Mitte 2009 mit jeweils vier Racks am Forschungszentrum Jülich und an der Bergischen Universität Wuppertal in Betrieb genommen. Er führt er die Green500-Liste nun zum zweiten Mal in Folge an. QPACE wird für die Simulation fundamentaler Naturkräfte in der Elementarteilchenphysik eingesetzt, insbesondere für Simulationen im Forschungsbereich der Quantenchromodynamik (QCD). Die QCD beschreibt zum Beispiel, wie sich ein Proton aus Quarks und Gluonen aufbaut.
Platz 131 auf der Top500-Liste
Auch in der TOP500-Liste, der Weltrangliste der schnellsten Supercomputer der Welt, belegt der Supercomputer QPACE mit Platz 131 einen respektablen Rang mit einer Spitzenleistung von 55 Teraflop/s. Mittlerweile wurde er sogar noch erweitert: Jede der beiden QPACE-Installationen in Jülich und Wuppertal kann eine maximale Leistung von 100 TeraFlops (double precision) erreichen. Das entspricht 100 Billionen (100.000.000.000.000) Rechenoperationen pro Sekunde. Seine Leistungsaufnahme liegt dabei bei rund 30 Kilowatt pro Rack. Entwickelt wurde QPACE von einem akademischen Konsortium aus Universitäten und Forschungszentren sowie dem deutschen IBM Forschungs- und Entwicklungszentrum im Rahmen eines staatlich geförderten Forschungsverbundes.
Skalierbares Netzwerk lässt Luft nach oben
Herzstück von QPACE ist der IBM PowerXCell 8i-Prozessor, eine Weiterentwicklung des Cell/B.E.-Prozessors, der ursprünglich von Sony, Toshiba und IBM für die Sony Playstation 3 entwickelt wurde. Der Chip mit seinen neun Prozessorkernen zeichnet sich dadurch aus, dass er eine sehr große Zahl von
Berechnungen parallel und in hoher Geschwindigkeit durchführen kann. Das neuartige Konzept von QPACE besteht darin, die Prozessoren mit einem Netzwerk von programmierbaren Bauteilen, sogenannten Field Programmable Gate Arrays (FPGA), zu einem leistungsstarken, skalierbaren Rechner zu verbinden. Dadurch ist es prinzipiell möglich, die Leistung des Rechners sogar in den PetaFlop-Bereich (eine Billiarde Operationen pro Sekunde) zu steigern.
(Forschungszentrum Jülich, 02.07.2010 – NPO)
