top 500 -die schnellsten computer der welt- christoph elstermeier christian ege

TOP 500TOP 500

-Die schnellsten Computer der Welt-

Christoph Elstermeier

Christian Ege

TOP 500TOP 500• Einführung

• Hersteller

• Prozessoren

• Anwendungen

• Zukunftsaussichten

EinführungEinführung

• Seit 1986 Expertentreffen in Mannheim

• Gründe für Mannheim:– Lokale Infrastruktur– Produkte des einheimischen Winzergewerbes – Hans Meuer– „Neutrales“ Territorium

EinführungEinführungTOP500

• Seit 1993 von Erich Strohmeier & Jack Dongarra

• Halbjährlich aktualisiert– Winterausgabe: Supercomputer-Jahrestagung USA

• Rangliste leistungsstärkster PC´s

• Zuverlässiges Spiegelbild des Marktgeschehens

• Überblick jüngste Vergangenheit d. Computer Spitzentechnologie

EinführungEinführung

• Leistung Nr.1 bestätigt Mooresches Gesetz– Alle 1 ½ Jahre verdoppelt sich die Leistung eines Mikrochips

(gegebene Größen- und Leistungsklasse)

– Zuwachs pro Jahr für Nr.1 größer als Faktor 1,5874 (= Mooresches Gesetz)

• Leistung der Letzten noch schneller!• Mittelfeld holt auf mehr Wettstreiter als früher

Bei vorderen Plätzen schwieriger voranzukommen als bei unteren

TOP500 – Juli 1993N Manufacturer

Computer Installation Site Location/Year

Field of Application

# Proc.

Rmax Rpeak

[Mflop/s]

1 Thinking Machines CM-5 / 1024

Los Alamos National Laboratory

Los Alamos USA /.

Research Energy

1024 59700 131000


National Security Agency USA /.

Classified 1024 59700 131000


Minnesota Supercomputer Center

USA /.

Academic 544

30400 70000


NCSA Urbana-Champaign USA

/.

Academic 512

30400 66000

5 NEC SX-3 / 44R

NEC Fuchu Plant Japan /90

Vendor

4 23200 26000

TOP500 – November 2000

N Manufacturer Computer

Installation Site Location/Year


# Proc.

Rmax Rpeak

[Gflop/s]

1 IBM ASCI White, SP Power3

375 MHz

Lawrence Livermore National Laboratory Livermore USA /00

Research Energy

8192

4938 12288

2 Intel ASCI Red

Sandia National Labs Albuquerque USA /99

Research 9632 2379 3207

3 IBM ASCI Blue-Pacific SST,

IBM SP 604e

Lawrence Livermore National Laboratory Livermore USA /99

Research Energy

5808

2144 3868

4 SGI ASCI Blue Mountain

Los Alamos National Laboratory

Los Alamos USA /98

Research 6144

1608 3072

5 IBM SP Power3 375 MHz

Naval Oceanographic Office (NAVOCEANO) Bay Saint Louis USA /00

Research Aerospace

1336

1417 2004

TOP500 – Juli 1993




# Proc.

Rmax Rpeak

[Mflop/s]

496 Fujitsu VP-200

Inst. F. Space Astronautics

Japan /86

Research 1 422 533

497 Fujitsu VP-200

Kao Japan /91

1 422 533

498 Fujitsu VP-200

Kobe Seiko Japan /89

Industry Heavy Ind.

1

422 533

499 Fujitsu VP-200

National Fusion Research Japan /84

Research 1 422 533

500 Siemens-Nixdorf VP-200

Debis München Germany /85

Industry

1 422 533

TOP500 – November 2000




# Proc.

Rmax Rpeak

[Gflop/s]

496 IBM SP P2SC 160 MHz

Government France /99

Classified 124 55.5 79.3


AP USA /00

Industry 52 55.3 78


New York City – Department of Finance

USA /00

Government 52

55.3 78


Zurich American USA /00

Industry 52 55.3 78

500 IBM SP PC604e 332 MHz

Alcatel France /99

Industry Telecom

130 55.1 86.3

HerstellerHersteller

• Verschiebung: Generalisten verdrängen Spezialisten– Unternehmen wie Thinking Machines, CDC & Convex

Bankrott oder aufgekauft

• große Firmen zu größeren Rechnern hingearbeitet:– IBM 144 Installationen (TOP500 Juni 2000); aktuell: 215 Inst.

– Knapp dahinter Sun

– Hewlett-Packard 5.er (durch Kauf von Convex)

– Convex: Anfang 90`er Jahre „Mini-Supercomputer“ hatte 1/3 der Leistung einer Cray – aber nur 1/10 des Preises!

HerstellerHerstellerSonderfall Cray

• 70`er Jahre Seymour Cray: Vektorrechner

• Finanzielle Schwierigkeiten – 1996 aufgekauft von Silicon Graphics 1997 wieder ausgeschieden

• Jetzt mit Tera zusammen (vielfädige Architektur – multithreaded architecture) 4.er in der Häufigkeitsliste– Hinter SGI (neuer Name von Silicon Graphics)

ProzessorenProzessoren

• Mit Aufstieg der Generalisten: Wechsel der Technologie• Früher: spezielle Mikrochips für Höchstleistungsrechner• Heute: Massenware• Bsp.: ASCI Red (New Mexico)

– 9632 Pentium Chips von Intel

– Gleiche Anzahl spezieller Chips unbezahlbar: enorme Kosten für geringe Stückzahl

• Frage: einfach 1000 Pentiums besorgen & verdrahten?• Ja, aber nicht einfach (in TOP500 4 Eigenbau-

Maschinen)


• Große Rechenaufgabe zerlegen – Prozessoren rechnen einsam an Teilaufgabe

• Auch möglich: beteiligte Prozessoren in mehreren PC`s über die Welt verteilt – rechnen dann, wenn Besitzer keine Aufgaben hat.

• Bsp.: 2 große Primfaktoren einer ca. 150stelligen Zahl

versammelte Rechenleistung aller PC`s vorderer Platz TOP500


• ABER: Suche nach sehr vielen Unbekannten (ca. 100.000) & jede hängt von allen anderen ab?

• Im Prinzip aufteilbar, aber beteiligte Chips in Interaktion miteinander– Anzahl Verbindungen wächst quadratisch mit Anzahl

Prozessoren

massiv-parallele Systeme = Mehrheit unter TOP500


• Minderheit: älteres Prinzip Vektorrechner• große Menge Rechenarbeit nicht in Einzelteile, sondern

ein größerer Prozessor rechnet sehr viel Gleichzeitig (z.B. 1000 Multiplikationen)

• Prozessor teuer• Normalerweise mehrere Exemplare in einer Maschine

Parallelrechner aus Vektorrechnern• Japanische Hersteller (Fujitsu, Hitachi, NEC) stark

AnwendungenAnwendungen

• Warum Supercomputer?– Seit 2000 erstmals kleine Mehrheit (260) für kommerzielle

Zwecke

• Richtig großen Anlagen aber vom Staat finanziert– Forschungszentren, Uni`s, Geheimdienste

• Bsp.: Bundesregierung auf Platz 356 (80 Prozessoren)• Ersten 4 Plätze von amerik. Energieministerium:

– ASCI (accelerated strategic computing initiative)– Ziel: Atomwaffenversuche durch Computersimulation

• Energieministerium – Atomwaffenversuche?• Bei Kernwaffenexplosion wird Energie frei


• Explosion = Paradebeispiel– Es passiert sehr viel sehr schnell

• Sehr schnell: viele Zahlen (10 hoch 5 bis 10 hoch 6) beschreiben Zustand des Systems zum Zeitpunkt t

• Sehr viel: viele Bilder pro SekundeTypische Vorgehensweise aus Filmbild nächstes berechnen (Gleichungssystem),

Unbekannte = Zahlen, die neues Filmbild bestimmen Funktioniert nur, wenn zwischen 2 Bildern nichts passiert, was

absehbar istUnbekannte (Bsp. Temperatur) hängt von vielen Faktoren ab:

- Temperatur in Umgebung, Druck-, Strömungs-, Strahlungsverhältnisse

Unbekannten verflochten (massiv-parallele Rechner)


• Ähnliche Beispiele: Erdbeben, Fahrzeugkollision (Autohersteller – simulierte Aufpralltests), Erdölindustrie

• Verfahren ähnlich bei längerem Zeitraum (Bsp.: Entstehung von Akkretionsscheiben in Doppelsternsystemen)

Hauptsächliche Aufgaben für Supercomputer

Aber nicht nur!!


• Bsp.: Deutschland– In Europa meisten Supercomputer

• Bundesland Hessen mit den Meisten:– Deutscher Wetterdienst (Offenbach)

– Deutsche Telekom (Darmstadt)

– Banken (Frankfurt)

Viel Masse an Daten lasten Computer aus

Auch weit oben: Investmentbroker-Firma Charles Schwab (Platz 19)

- Data Mining?

- höherer Aufwand für Börsenkursprognosen?

ZukunftsaussichtenZukunftsaussichten

• Wird dieser Boom zum Stillstand kommen?

Nein (laut Experten):

• Technische Möglichkeiten nicht ausgereizt

• Keine zu grossen Computer – zu kleine Probleme

• Mehr Rechenleistung: aufgreifen schwierigerer Probleme oder Annahmen ersetzen durch realitätsnähere

• Ziel teraflops (10 hoch 12 floating point operations per second) längst erreicht (ASCI)

• Jetzt: 3 Zehnerpotenzen weiter (Petaflops)– 1 Millionen Prozessoren : Größe eines Tennisplatzes

• Anwender: Projekt „Blue Gene“– Wie falten sich Ketten von Aminosäuren zu aktionsfähigen Proteinen?


• Aktuell:• Weiterer Supercomputer für München (Max-Planck-

Institut)• 1000 Mikroprozessoren (IBM Power4-Generation)

– Größe: ¼ Fußballplatz

– 3,8 Teraflops; nur ASCI White schneller (12,3 Teraflops)

• Nutzung: hauptsächlich medizinische Forschung• Power4-Generation: Taktfrequenz über 1 Gigahertz• Übertragungsgeschwindigkeit über 100 Gigabit/s

Download von 20 DVD´s pro Sekunde!


• 20-22 Juni Konferenz in Heidelberg

• Bei Interesse:– www.top500.org– www.supercomp.de– www.sc2000.org

http://www.top500.org/

http://www.supercomp.de/

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

top 500 -die schnellsten computer der welt- christoph elstermeier christian ege

Documents