Supercomputer

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Supercomputer oder Superrechner sind besonders schnelle Computer mit einer großen Anzahl an Prozessoren, die auf gemeinsame Peripheriegeräte und einen teilweise gemeinsamen Hauptspeicher zugreifen können. Oft werden diese Computer für Simulationen im Bereich des Hochleistungsrechnens verwendet. So werden sie beispielsweise im Bereich der Quantenmechanik, für Wettervorhersagen oder in der Astrophysik eingesetzt.

Moderne Hochleistungsrechner sind meistens Parallelrechner. Das heißt, dass mehrere Rechenoperationen gleichzeitig durchgeführt werden können. Sie bestehen oft aus mehreren miteinander vernetzten Computern, von denen jeder außerdem mehrere Hauptprozessoren (CPUs) hat.

Betriebssystem und Programmierung

Heutzutage wird bei Supercomputern meist ein Linux-Betriebssystem eingesetzt. Laut der Top-500-Liste der schnellsten Computersysteme laufen 92,4 Prozent der Systeme vollständig unter Linux.

Als Programmiersprachen werden meist Fortran und C beziehungsweise C++ verwendet. Programme im High Performance Computing (HPC) werden typischerweise in zwei Kategorien eingeteilt:

  • Shared-Memory-Parallelisierung, in der Regel lokal auf einem einzelnen Knoten. Hierzu sind Schnittstellen wie OpenMP oder TBB verbreitet. Ein einzelner Betriebssystemprozess beschäftigt in der Regel alle zur Verfügung stehenden CPU-Kerne beziehungsweise CPUs.
  • Distributed Memory-Parallelisierung: Ein Betriebssystemprozess läuft auf einem Kern und muss zur gemeinschaftlichen Problemlösung Nachrichten mit anderen Prozessen austauschen (Message passing). Dies geht knotenintern oder über Knotengrenzen hinweg. Das Message Passing Interface ist der Defaktostandard, um diese Art Programme zu programmieren.

Oft werden auch Kombinationen dieser beiden Parallelisierungen verwendet (Hybrid-Parallelisierung).

Einsatzzweck

Heutzutage werden Supercomputer überwiegend zu Simulationszwecken benutzt. Je realitätsnäher eine Simulation sein soll, desto mehr Rechenleistung wird benötigt. Die momentanen Haupteinsatzgebiete der Supercomputer sind Biologie, Chemie, Geologie, Luft- und Raumfahrt, Medizin, Wettervorhersage, Klimaforschung, Militär und Physik.

Im Bereich Militär konnten Supercomputer beispielsweise für die Atombombenforschung verwendet werden, wodurch keine unterirdischen Atombombenversuche mehr nötig waren.

Auf diese Art können Forscher auch den Klimawandel simulieren und auch Vorhersagen zu Erdbeben oder Vulkanausbrüchen treffen.

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