Red Storm: Schnellster und billigster Supercomputer?

Modularer Würfel-Supercomputer mit AMD-Opteron-Prozessoren. In den USA haben es sich Cray und die staatlich gestützten Sandia National Laboratories – auch in der Atomwaffen-Forschung tätig – zum Ziel gesetzt, den schnellsten, kleinsten und günstigsten Supercomputer zu entwickeln. Dies soll größtenteils durch Standard-Komponenten möglich werden – und spezielle von Cray entwickelte sowie von IBM gefertigte Chips, welche die insgesamt 11.648 Opterons des "Red Storm" getauften Systems verbinden.

29. Juli 2004 um 16:40 Uhr / Christian Klaß

Ab Ende September 2004 soll ein Viertel des geplanten Systems errichtet und bis Januar 2005 in Betrieb gehen. Die ersten Leistungsmessungen werden im Frühjahr 2005 beginnen, bei voller Ausbaustufe soll die 90-Millionen-US-Dollar-Maschine 41,5 Teraflops (Billionen Operationen pro Sekunde) schaffen. Ab Ende 2005 werden dann die Opteron-Prozessoren durch ihre Nachfolger mit zwei CPU-Kernen ausgetauscht, die jeweils 25 Prozent mehr Leistung als der erste Single-Prozessor-Opteron bieten und somit die Leistung auf gigantische 100 Teraflops anwachsen. Zum Vergleich: Japans Earth Simulator , der derzeit weltschnellste Supercomputer, schluckt im Vergleich mit Red Strom nicht 2 sondern 8 Megawatt Energie und benötigt dreimal mehr Platz.

Während Supercomputer in der Regel 4 bis 7 Jahre vom Konzept bis zum Aufbau benötigen, soll das besondere Design des Red Storm dazu führen, dass die ersten Hardwaretests bei Sandia schon 30 Monate nach der Konzeptphase gefahren werden können.

Sie kann aus einer Zelle mit 96 Prozessoren bis hin zu 300 verbundenen Zellen mit insgesamt 30.000 Prozessoren bestehen. Jedes Prozessor-Board kann bis zu 4 Opterons fassen, denen jeweils bis zu 8 GByte eigenes RAM zu Verfügung stehen. Auf jedem Prozessor-Board sitzt eine Tochter-Platine mit ihrerseits jeweils vier Cray-SeaStars-Netzwerkchips, die für eine besonders schnelle Vernetzung der einzelnen Prozessor-Boards und der Zellen untereinander sorgen.

Alle SeaStars reden also miteinander und sind laut Bill Camp, der bei Sandia die Entwicklung des neuartigen Supercomputers leitet, im Vergleich mit aktuellen Konkurrenzprodukten um den Faktor 5 schneller. Die von IBM in 0,13-Mikron-CMOS-Technik gefertigten SeaStars bieten ein 800-MHz-DDR-Hypertransport-Interface, einen PowerPC-Kern für Netzwerk-Korrespondenz sowie einen 7-Port-Router (6 externe Ports) zur Vernetzung untereinander – daher auch der Name "Seestern". Crays vernetzte SeaStars stehen hinter den 3D-Mesh-Verbindungen – sie ermöglichen die Stapelung der CPU-Boards. Die Daten sollen zwischen den SeaStars mit beständigen 4,5 Gigabyte pro Sekunde (bidirektional) übertragen werden; die Zeit bis das erste Informations-Bit von einer CPU zur anderen gelangt, soll über das gesamte System unter 5 Mikrosekunden liegen.

Auf eine Flüssigkühlung soll beim Red-Storm-Design verzichtet werden können, es kommt eine Luftkühlung zum Einsatz. Zusätzlich wurde Red Storm so aufgebaut, dass sich das System selbst überwacht und verwaltet, so dass etwa defekte Module solange im weiterlaufenden System bleiben können, bis man sich als Betreiber entscheidet, sie zu reparieren – alles ohne, dass das System heruntergefahren werden muss und kostbare Rechenzeit verloren geht.

Wie bereits anfangs erwähnt, soll Red Storm mit 11.648 Opterons und ebenso vielen SeaStars ausgestattet sein. Sandia und Cray erwarten, dass Red Storm etwa 10 Mal schneller ist als Sandias aktueller Supercomputer ASCI Red, der die Top-500-Liste der Supercomputer für dreieinhalb Jahre anführte, aber mittlerweile vom Earth-Simulator und anderen übertrumpft wurde.

Red Storm könnte aufgrund seines für Supercomputer-Verhältnisse konkurrenzlos günstigen Designs laut Camp dafür sorgen, dass sich das Design zum Zentrum von Crays künftiger Supercomputer-Serie mausert. "Für Cray ist unser Pionier-Ansatz so mächtig, dass sie möglicherweise ihre nächsten Supercomputer daran ausrichten" , vermutet Camp. Sandia National Laboratories habe sich keinen "Rolls Royce" – eine komplett für die eigenen Bedürfnisse entwickelte Maschine – leisten können. Cray habe jedoch Interesse am Design einer neuen Architektur gezeigt, das günstigste Angebot gemacht und habe schließlich den Vertrag bekommen.

Bei aller technischer Finesse, der beachtlichen Rechenleistung und der möglichen Signalwirkung für den Supercomputermarkt, welche Red Storm bieten soll, darf eines nicht unerwähnt bleiben: Der Haupteinsatz der Maschine wird nicht in der Wettersimulation liegen. Stattdessen wird Red Storm zur Entwicklung und Simulation neuer Nuklearwaffen eingesetzt und Raketenflugeigenschaften berechnen. Sandia ist ein Multiprogramm-Labor, welches von der Lockheed-Martin-Tochter Sandia Corporation für die US-Behörde für Nuklearsicherheit betrieben wird. Das Unternehmen forscht für die nationale Sicherheit sowie Energie- und Umwelt-Technik, mit der die USA ökonomisch wettbewerbsfähig bleiben wollen.