Der Begriff „Supercomputer“ bezieht sich auf einen Computer, der mit einer höheren Performance arbeitet als ein Standardcomputer. Oft bedeutet dies, dass die Architektur, die Ressourcen und die Komponenten von Supercomputern diese extrem leistungsfähig machen, sodass sie mit oder möglichst nahe an der höchstmöglichen Betriebsrate für Computer arbeiten können.
Supercomputer enthalten die meisten der wichtigsten Komponenten eines typischen Computers, darunter mindestens einen Prozessor, Peripheriegeräte, Anschlüsse, ein Betriebssystem und verschiedene Anwendungen. Der Hauptunterschied zwischen einem Supercomputer und einem Standardcomputer ist seine Rechenleistung.
In der Vergangenheit waren Supercomputer einzelne, superschnelle Maschinen, die vor allem von Unternehmen und wissenschaftlichen Organisationen verwendet wurden, die massive Rechenleistung für extrem schnelle Berechnungen benötigten. Moderne Supercomputer können jedoch aus Zehntausenden von Prozessoren bestehen, die Milliarden oder sogar Billionen von Berechnungen pro Sekunde durchführen können.
Zu den gängigen Anwendungen für Supercomputer gehören heute die Wettervorhersage, die Betriebskontrolle von Kernreaktoren und die Kryptologie. Da die Kosten für das Supercomputing gesunken sind, werden moderne Supercomputer auch für Marktforschung, Online-Spiele und VR- und AR-Anwendungen (Virtual Reality und Augmented Reality) eingesetzt.
Eine kurze Geschichte des Supercomputers
Im Jahr 1964 schufen Seymour Cray und sein Team von Entwicklern bei der Control Data Corporation (CDC) mit dem CDC 6600 den ersten Supercomputer. Damals war der CDC 6600 zehnmal schneller als herkömmliche Computer und dreimal schneller als der nächstschnellste Computer, der IBM 7030 Stretch, der Berechnungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 MegaFLOPS (FLoating-point Operations Per Second, Gleitkommaoperationen pro Sekunde) durchführte. Nach heutigen Maßstäben ist das zwar langsam, aber damals war er schnell genug, um als Supercomputer bezeichnet zu werden.
Seymour Cray, der als „Vater des Supercomputing“ bekannt ist, und sein Team waren führend in der Supercomputing-Industrie und brachten im Jahr 1969 den CDC 7600 (160 MegaFLOPS), 1982 den Cray X-MP (800 MegaFLOPS) und 1985 den Cray 2 (1,9 GigaFLOPS) heraus.
In der Folge versuchten andere Unternehmen, Supercomputer erschwinglicher zu machen und entwickelten die massiv-parallele Verarbeitung (MPP, Massively Parallel Processing). Im Jahr 1992 bauten Don Becker und Thomas Sterling, Auftragnehmer der NASA, den Beowulf, einen Supercomputer, der aus einer Gruppe von zusammenarbeitenden Computereinheiten bestand. Er war der erste Supercomputer, der das Clustermodell verwendete.
Moderne Supercomputer verwenden sowohl zentrale Recheneinheiten (CPUs) als auch Grafikprozessoren (GPUs), die zusammenarbeiten, um Berechnungen durchzuführen. TOP500 nennt den Fugaku-Supercomputer im japanischen Kobe am RIKEN Center for Computational Science als schnellsten Supercomputer der Welt mit einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von 442 PetaFLOPS.
Supercomputer versus normale PCs
Moderne Supercomputer aggregieren Rechenleistung, um dank einer wesentlich höheren Performance als der eines einzelnen Desktop-Computers oder Servers komplexe Probleme in Technik, Wissenschaft und Wirtschaft zu lösen.
Im Gegensatz zu normalen PCs bestehen moderne Supercomputer aus riesigen Serverclustern, in denen eine oder mehrere CPUs zu Rechenknoten zusammengefasst sind. Rechenknoten bestehen aus einem Prozessor (oder einer Gruppe von Prozessoren) und einem Speicherblock und können Zehntausende von Knoten enthalten. Diese Knoten sind miteinander verbunden, damit sie kommunizieren und zusammenarbeiten können, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen, während Prozesse auf Tausende von Prozessoren verteilt sind oder gleichzeitig darauf ausgeführt werden.
So wird die Performance von Supercomputern gemessen
FLOPS werden zum Messen der Performance eines Supercomputers und für wissenschaftliche Berechnungen verwendet, bei denen Gleitkommaberechnungen zum Einsatz kommen, d. h. Zahlen, die so groß sind, dass sie in Exponenten ausgedrückt werden müssen.
FLOPS sind ein genaueres Maß als „Millionen Instruktionen pro Sekunde“ (MIPS). Wie bereits erwähnt, können einige der derzeit schnellsten Supercomputer mehr als einhundert Billiarden FLOPS (PetaFLOPS) leisten.
