Intel Aurora: Schnellster Supercomputer mit 180 Petaflops Leistung

Intel hat vom Energieministerium der Vereinigten Staaten (DOE) den Auftrag zum Bau eines neuen Supercomputers mit einer Spitzenleistung von mindestens 180 Petaflops erhalten. Das Aurora genannte System soll 2018 an das Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) im Argonne National Laboratory (ANL) geliefert werden.

Der Auftrag zum Bau von Aurora ist Teil der CORAL-Initiative (Collaboration of Oak Ridge, Argonne and Lawrence Livermore) des DOE, die die Führungsrolle der USA in den Bereichen Forschung und Supercomputer sichern soll.

Zu diesem Zweck werden das Argonne National Laboratory (ANL), das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) und das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) mit modernen Supercomputern ausgestattet, die fünf- bis siebenmal so leistungsfähig sein werden wie die derzeit schnellsten Maschinen. Das derzeit schnellste System ist mit einer Spitzenleistung von fast 55 Petaflops der Tianhe-2 an der National University of Defense Technology (NUDT) in China.

Mit der Spitzenleistung von mindestens 180 Petaflops ist Aurora das aktuell leistungsfähigste bekannte Supercomputer-Projekt. Intel tritt dabei zum ersten Mal seit ASCI Red vor rund zwei Jahrzehnten als Hauptauftragnehmer auf, holt sich mit Cray als Systemintegrator und Hersteller des Systems aber weiteres Supercomputer-Know-how für den mehr als 200 Millionen US-Dollar schweren Auftrag ins Boot. Die neuen Supercomputer des ORNL und des LLNL, Summit und Sierra, werden hingegen von IBM hergestellt.

Ein Vergleich der Leistung mit ASCI Red, dem von Juni 1997 bis November 2000 schnellsten Supercomputer der Welt, zeigt, wie weit die Technik in puncto Leistungsfähigkeit und Effizienz innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte fortgeschritten ist. ASCI Red erreichte in der ursprünglichen Konfiguration eine Spitzenleistung von knapp über einem Teraflops. Aurora wird also etwa 180.000 Mal so leistungsfähig wie ASCI Red. Gleichzeitig ist aber auch die Energieeffizienz um mehrere Größenordnungen gestiegen. Aus einem Watt Leistungsaufnahme holt Aurora mehr als 10.000 Mal so viel Rechenleistung wie ASCI Red heraus. Selbst im Vergleich zu dem erst drei Jahre alten Mira-System des ALCF wird Aurora deutlich leistungsfähiger und auch effizienter sein.

	ASCI Red	Mira	Theta	Aurora
Baujahr	1996	2012	2016	2018
Hersteller	Intel	IBM	Intel/Cray
Prozessoren	Intel Pentium Pro*	PowerPC A2	Intel Xeon + Intel Xeon Phi (Knights Landing)	Intel Xeon Phi (Knights Hill)
Standort	SNL	ALCF
Spitzenleistung (bei Auslieferung)	1,068 TFLOPS	10 PFlops	8,5 PFlops	> 180 PFlops
Leistungsaufnahme	850 kW	4,8 MW	1,7 MW	13 MW
Megaflops/Watt	~ 1,26	> 2.000	5.000	> 13.800
*Wurden später durch schnellere Pentium II Xeon ersetzt

Grundlage für Aurora sind Intels Scalable System Framework und Crays nächste Supercomputer-Generation mit Codenamen Shasta. Für Aurora werden mehrere HPC-Baublöcke von Intel kombiniert. Dazu zählen beispielsweise in 10 nm gefertigte Xeon Phi der dritten Generation (Knights Hill), die zweite Generation der Intel Omni-Path Fabric mit Silicon Photonics für Hochgeschwindigkeitsverbindungen, Intel-SSDs als Pufferspeicher und das parallele, verteilte Dateisystem Lustre.

Zusätzlich zu Aurora wird bereits im kommenden Jahr auf Basis des Cray XC mit Theta ein zweites System an das ALCF geliefert, das als frühes Produktionssystem mit Xeon-Prozessoren und Xeon Phi der zweiten Generation (Knights Landing) eine Spitzenleistung von 8,5 Petaflops erreicht.

Forschungsziele für Aurora sind unter anderem die Entwicklung stärkerer, effizienterer und langlebigerer Batterien und Solarzellen, bessere Biokraftstoffe, die Seuchenbekämpflung, Transportsysteme sowie effizientere und ruhigere Motoren und Windräder.

Während Intel sich daran macht, in den USA wieder verstärkt im Supercomputer-Markt mitzumischen, gestaltet sich die Lage in anderen Weltregionen nicht so rosig. Nachdem die NUDT und andere chinesische Einrichtungen von der US-Regierung auf eine Verbotsliste (PDF) für die Ausfuhr von Hochtechnologie gesetzt wurden, verliert Intel einige aktuelle und potenzielle Großkunden. Stattdessen könnte in China sogar schneller als gedacht Konkurrenz erwachsen, wenn die chinesische Regierung als Reaktion die Anstrengungen zur Entwicklung eigener Prozessoren weiter verstärkt.