Sparsamer Supercomputer aus Millionen von Mini-Kernen

Lawrence Berkeley Labs und Tensilica erforschen neuen HPC-Ansatz. Während sich in der Liste von Top500.org RISC- und x86-Prozessoren mit Leistungsaufnahmen über 100 Watt seit Jahren spannende Duelle liefern, verfolgt das US-Energieministerium einen ganz anderen Ansatz. In den Lawrence-Berkeley Labs sollen tausende von winzigen und konfigurierbaren RISC-Kernen für mehr Rechenleistung bei deutlich geringerer Leistungsaufnahme sorgen.

8. Mai 2008 um 12:23 Uhr / Nico Ernst

Das dem US-Energieministerium unterstellte "Lawrence Berkeley National Laboratory" ( LBL ) ist eines der anerkanntesten Supercomputer-Zentren der Welt. Die Wissenschaftler forschen dort nicht nur an der Infrastruktur von Hochleistungsrechnern, sondern sie kümmern sich auch um ihre praktische Anwendung vor allem bei Klimasimulationen. Die durch die Halbleiterbranche ständig steigende Rechenleistung ist dabei ein geringeres Problem als die dafür nötige elektrische Energie.

Statt herkömmlicher Allzweck-CPUs wollen Michael Wehner, Lenny Oliker und John Shalf vom LBL in Zukunft genau auf die Rechenaufgaben zugeschnittene Prozessoren einsetzen. Dafür arbeitet das LBL mit dem US-Unternehmen Tensilica zusammen, das RISC-Kerne auf FPGA-Basis entwickelt. Die Tensilica-Cores lassen sich sehr flexibel auf einen Einsatzzweck zuschneiden und kommen mit wenigen Milliwatt pro Kern aus. Dazu kommen, ähnlich wie bei den MIPS-Kernen in vielen mobilen Geräten, ein Compiler und andere Tools, die den nötigen Code erzeugen.

Das Ziel des LBL ist ein Supercomputer mit 200 Petaflops, den die Forscher für die nächste Stufe der Klimaforschung benötigen. Für 2008 ist bisher lediglich ein Rechner mit 1 Petaflop (1.000 Billionen Berechnungen pro Sekunde) in Sicht, unter dem Namen "Roadrunner" baut ihn derzeit IBM. Er soll rund 4 Megawatt Leistung aufnehmen.

Die 200 Petaflops lassen sich laut den LBL-Forschern mit herkömmlichen Prozessoren nur für rund eine Milliarde US-Dollar bei 200 Megawatt Leistungsaufnahme erzielen. Mit den Tensilica-Kernen, die dann aber nur für die Aufgabe der Klimasimulation zu gebrauchen sind, soll das System mit 4 Megawatt auskommen und nur rund 75 Millionen US-Dollar kosten. Es würde aus 20 Millionen Kernen bestehen.

Wann ein solcher Rechner gebaut werden könnte, wagen jedoch weder Tensilica noch das LBL vorauszusagen. Die Grundlagenarbeit ist aber bereits getan, wie die drei Wissenschaftler in der Mai-Ausgabe des "International Journal of High Performance Computing Applications" in einem Artikel schreiben.