Da sie eine Million Mal leistungsstärker sind als ein Laptop, könnten Exascale-Supercomputer dazu beitragen, die drängendsten Probleme von heute deutlich schneller zu lösen. Die Systeme sind jedoch zu komplex, um von den meisten Wissenschaftlern programmiert und verwendet werden zu können. Sehen Sie, wie Dr. Paul Calleja, Director of Research Computing an der University of Cambridge, die Versprechen und Herausforderungen des anbrechenden Exascale- und Zettascale-Computing-Zeitalters beschreibt.

Auf einen Blick: 

• Das Cambridge Open Zettascale Lab untersucht die Herausforderungen bei Hochleistungscomputern der nächsten Generation. 
• Intel® oneAPI wurde für heterogenes Computing entwickelt und ist ein offenes, einheitliches und architekturübergreifendes Programmiermodell.

Heterogenes Computing

Heterogenes Computing, das Exascale- und Zettascale-Systeme umfasst, kann die Rechenleistung eines gegebenen Systems drastisch verbessern. Es verwendet verschiedene Prozessortypen, um komplexe mathematische Aufgaben zu lösen, wobei größere Aufgaben in kleinere aufgeteilt werden und dann den verschiedenen verfügbaren Prozessoren zugewiesen werden. 

Auf dem Weg zu Exascale- und Zettascale-Systemen

Die meisten Dinge, die heute hergestellt werden, wurden zuvor in Supercomputern modelliert. Das gilt für alles von Unterhaltungselektronik über Medizin bis hin zu Kernwaffen. Während Exascale-Computing mehr und mehr zur Realität und Zettascale möglich wird, ist das Versprechen für Wissenschaftler, Ingenieure und Kliniker, globale Herausforderungen zu lösen, näher denn je. Zunächst müssen aber einige Herausforderungen bewältigt werden.

„Exascale- und Zettascale-Computing könnten viele Probleme lösen, die mit großen Herausforderungen verbunden sind“, meint Dr. Paul Calleja, Director of Research Computing Services and the Cambridge Open Zettascale Lab, University of Cambridge. „Die Rechenkapazitäten, die solche Systeme bieten, stellen im Vergleich zu den meisten heutigen Systemen einen großen Schritt nach vorne dar. Die Systeme weisen aber unterschiedliche Probleme auf […].“

Intel oneAPI: Erlaubt eine Demokratisierung von Exascale- und Zettascale-Lösungen

Exascale-Supercomputer bieten die Rechenleistung von etwa einer Million Laptops, die alle zusammen an einem einzigen Problem arbeiten. Sie stellen aufgrund ihrer schieren Komplexität und des Energieverbrauchs eine große Herausforderung dar. Solche Systeme sind nicht leicht zu programmieren. Wissenschaftler und Ingenieure können sich nicht einfach hinsetzen und anfangen, sie zu verwenden. Und wenn sie sie nicht programmieren können, können sie sie auch nicht nutzen, um die aktuellen Probleme zu lösen.

Ein Teil der Lösung – laut dem Cambridge Open Zettascale Lab – besteht darin, Technologien wie Intel® oneAPI [1] zu verwenden. Intel oneAPI ist eine neue Programmierumgebung, die sich auf die Portabilität und Skalierbarkeit von Codes auf großen Supercomputern konzentriert, was den Zugriff auf diese Klasse von Systemen erheblich erleichtert. Die Lösung ermöglicht Cloud-ähnlichen On-Demand-Zugriff auf diese unglaublich komplexen Supercomputer.

Robert Maskell, Director of High-Performance Computing, Modelling and Simulation bei Intel, erklärt: „Intel oneAPI ist ein Schlüssel, um Menschen dazu zu bringen, über offene Programmierung nachzudenken. Wenn sie ein Programm schreiben, können sie es also einmal verfassen und dann auf vielen verschiedenen Architekturen ausführen.“

Größere Herausforderungen für die Zukunft von High-Performance-Computing (HPC)

Die Entwicklung hin zum Zettascale-Computing geht mit der Ankündigung weiter, dass der 1,1-Exaflop-Supercomputer Frontier im Oak Ridge National Laboratory in standardisierten Tests eine Leistung von mehr als 10^18 (1 Trillion) Operationen pro Sekunde gezeigt hat [2]. Nicht weit dahinter entwickeln Ingenieure des US Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory den Aurora-Supercomputer, ein Exascale-System, das auf Intel Technik basiert [3].

Zwar sind die Herausforderungen in der Welt beträchtlich, doch werden es solche Systeme mit Lösungen wie Intel oneAPI Wissenschaftlern, Ingenieuren und Klinikern in fast allen Bereichen ermöglichen, globale Herausforderungen zu meistern – vom Verständnis des Universums über die Entwicklung neuer Materialien bis hin zur Entwicklung von personalisierter Medizin und Gesundheitspflege.