Top500 Juni 2020: Japan stürmt Supercomputer-Thron mit 415 PFLOPS

Zweimal im Jahr werden die schnellsten Supercomputer in Form der Top500-Rangliste gekürt. Die diesjährige Juni-Ausgabe hat es in sich, denn nach Stagnation im November gibt es in den Top10 gleich vier Neueinsteiger, darunter zwei Systeme aus Italien. Der neue Spitzenreiter kommt aber aus Japan: Fugaku dominiert mit 415 PFLOPS.

Fugaku setzt die Messlatte hoch

Zwei Jahre lang bildete das US-System Summit mit aktuell 148,6 PetaFLOPS den schnellsten Supercomputer der Welt, doch jetzt reicht diese Leistung nur noch für Rang zwei. Die Top500 im Juni 2020 führt hingegen ein Superrechner aus Japan an, der mit 415,5 PetaFLOPS den bisherigen Spitzenreiter regelrecht deklassiert und einen großen Schritt in Richtung der ersten ExaFLOPS-Systeme macht. Dass dieses System die neue Weltspitze bildet, kommt dabei nicht überraschend, denn Forscher aus Japan hatten bereits im Mai die Spezifikationen von Fugaku veröffentlicht und eine theoretische Spitzenleistung (Rpeak) von sogar bis zu 537 PFLOPS in Aussicht gestellt. Für die Rangliste relevant ist aber ein tatsächlich im Benchmark gemessener Wert (Rmax), der laut der Liste derzeit bei rund 415,5 PFLOPS liegt.

Mit gut 152.000 48-Kern-Prozessoren vom Typ Fujitsu A64FX (ARM-Architektur) vereint Fugaku fast 7,3 Millionen Rechenkerne. Im Vorfeld war sogar von über 7,6 Millionen Kernen die Rede, was Potenzial für einen weiteren Ausbau bis hin zur anvisierten Spitzenleistung andeutet.

Italien im Doppelpack an die Spitze Europas

Das Schweizer System Piz Daint ist jetzt nicht mehr Europas schnellster Supercomputer und liegt nur noch auf dem zehnten Platz weltweit. Die europäische Führung übernimmt stattdessen der Supercomputer HPC5 aus Italien mit 35,45 PetaFLOPS. Das System des italienischen Energieunternehmens Eni, das in Deutschland unter der Tankstellenmarke Agip bekannt ist, ist zugleich der schnellste privatwirtschaftliche Supercomputer. Er basiert auf 1.820 PowerEdge-C4140-Servern von Dell EMC, in denen je zwei Intel Xeon Gold 6252 (Cascade Lake) mit je 24 CPU-Kernen sowie vier GPU-Beschleuniger vom Typ Nvidia V100 (Volta) stecken. Die Server sind über die bis zu 200 Gbit/s schnelle Verbindungstechnik Mellanox HDR InfiniBand miteinander verbunden und verfügen über insgesamt 15 PetaByte Storage.

Rang (zuvor)	System	Standort	Rechenleistung (Rmax)	Prozessoren	Aufnahme Top500
1 (–)	Fugaku	Japan	415,53 PetaFLOPS	A64FX (48C, 2,2 GHz)	Juni 2020
2 (1)	Summit	USA	148,60 PetaFLOPS	IBM Power9 (22C, 3,07 GHz) Nvidia Volta GV100	Juni 2018
3 (2)	Sierra	USA	94,64 PetaFLOPS	IBM Power9 (22C, 3,1 GHz) Nvidia Volta GV100	Juni 2018
4 (3)	Sunway TaihuLight	China	93,01 PetaFLOPS	Sunway SW26010 (260C, 1,45 GHz)	Juni 2016
5 (4)	Tianhe-2A	China	61,44 PetaFLOPS	Intel Xeon E5-2692v2 (12C, 2,2 GHz)	Juni 2013
6 (–)	HPC5	Italien	35,45 PetaFLOPS	Intel Xeon Gold 6252 (24C, 2,1 GHz) Nvidia Tesla V100	Juni 2020
7 (–)	Selene	USA	27,58 PetaFLOPS	AMD Epyc 7742 (64C, 2,25 GHz) Nvidia A100	Juni 2020
8 (5)	Frontera	USA	23,52 PetaFLOPS	Intel Xeon Platinum 8280 (28C, 2,7 GHz)	Juni 2019
9 (–)	Marconi-100	Italien	21,64 PetaFLOPS	IBM Power9 (16C, 3,0 GHz) Nvidia Volta V100	Juni 2020
10 (6)	Piz Daint	Schweiz	21,23 PetaFLOPS	Intel Xeon E5-2690v3 (12C, 2,6 GHz) Nvidia Tesla P100	November 2012

Der zweite Neueinsteiger aus Italien heißt Marconi-100, nutzt CPUs vom Typ IBM Power9 sowie Nvidia-V100-GPUs und belegt mit 21,64 PetaFLOPS Rang neun.

Selene mit AMD Epyc und Nvidia A100 auf Platz 7

Nvidia unterstreicht seine Dominanz bei den GPU-Beschleunigern für Supercomputer mit einem eigenen System, das mit 27,58 PetaFLOPS direkt auf Platz Sieben einsteigt und mit 20,5 GigaFLOPS pro Watt den Spitzenplatz der effizientesten Supercomputer auf der Green500-Liste nur knapp verfehlt.

Selene nutzt 280 DGX-A100-Systeme mit je acht Nvidia-A100-GPUs auf Basis der neuen Ampere-Architektur. Die 494 Quantum 200G InfiniBand Switches stammen durch die Übernahme von Mellanox ebenso aus dem Hause Nvidia. Kombiniert wird die Nvidia-Technik mit 64-Kern-CPUs vom Typ AMD Epyc 7742, womit Selene das derzeit schnellste System mit AMD-Prozessoren darstellt.

Cluster aus Nvidia-A100-Systemen bilden auch die Basis für kommende Supercomputer wie etwa HoreKa am Karlsruher Institut für Technologie oder NERSC-9 alias Perlmutter am National Energy Research Scientific Computing Center in Kalifornien.

Auch das derzeit zweitschnellste System aus Deutschland soll mit Nvidia A100 aufgerüstet werden: JUWELS am Forschungszentrum Jülich soll mit dem Upgrade eine Rechenleistung von voraussichtlich mehr als 70 PetaFLOPS erreichen.

Der amtierende Spitzenreiter aus Deutschland heißt aber weiterhin SuperMUC-NG (Leibniz Rechenzentrum) und liegt mit rund 19,5 PetaFLOPS auf Rang 13 der Top 500 im Juni 2020.

Länder, Architekturen, Hersteller

Die Top500-Liste bringt es auf eine kombinierte Rechenleistung von 2,23 ExaFLOPS, wobei das langsamste System bereits 1,24 PetaFLOPS für Platz 500 mitbringen muss. Mit 226 Systemen ist China nach wie vor bei der Anzahl führend, die USA bringen es auf 114, Japan auf 30, Frankreich auf 18 und Deutschland auf 16 Systeme. Bei der kumulierten Rechenleistung führen wiederum die USA mit rund 644 PetaFLOPS vor China (565 PFLOPS) und Japan (530 PFLOPS).

Bei den CPU-Architekturen dominiert unverändert x86 mit 481 Systemen, von denen 469 CPUs von Intel, 11 CPUs von AMD und eines Hygon-Prozessoren nutzen. Nur bei vier Systemen kommt eine ARM-Architektur zum Einsatz, wie es auch beim Spitzenreiter Fugaku mit A64FX-CPUs der Fall ist. Die Zahl der Systeme mit Beschleuniger- respektive Co-Prozessoren ist mit 144 statt 145 im November marginal zurückgegangen. Allein 135 davon nutzen GPU-Technik von Nvidia.

Bei den Herstellern der Supercomputer liegen mit Lenovo (180), Sugon (68) und Inspur (64) gleich drei chinesische Anbieter an der Spitze. Das US-Unternehmen HPE kommt auf 37 Systeme, zu denen sich 35 weitere über die Tochterfirma Cray gesellen. Fujitsu aus Japan bringt es auf 13 Systeme.

ComputerBase hat Informationen zu diesem Artikel von Top500.org unter NDA erhalten. Die einzige Vorgabe war der frühest mögliche Veröffentlichungszeitpunkt.