Mit Supercomputer Fugaku gegen Corona und Krebs

Fugaku stellt alle anderen Supercomputer in den Schatten. Er arbeitet seit 2020 im Forschungszentrum von Fujitsu und RIKEN in der japanischen Stadt Kobe und ist benannt  nach dem höchstem Berg des Landes „Mount Fuji“. Seine Rechenleistung beträgt unglaubliche 442 Peta-FLOPS. – Wir erklären euch, wie man sich die Leistung des Rechnergiganten vorstellen kann und wofür sie genutzt wird.  

So schnell ist Fugaku

Fugaku hat eine Leistung von von 442 Peta-FLOPS. Die Powermaschine von Fujitsu ist damit ungefähr dreimal so stark wie Platz 2 auf der Top500-Liste der stärksten Supercomputer (namens Summit).

Peta-FLOPS stehen für die Anzahl mathematischer Gleitkommazahl-Operationen, die pro Sekunde durchgeführt werden kommen. 442 Peta-FLOPS entsprechen dabei 442.000.000.000.000.000 (442 * 1015 ) Gleitkomma-Operationen pro Sekunde. – Nur dass ihr’s mal gesehen habt ;)

Im Vergleich zu – nehmen wir mal –   einer PlayStation 5: Deren Grafikkarte hat eine Leistung von 10.28 Tera-FLOPS. Damit hat Fugaku ungefähr so viel Leistung wie 43.000 der neuen Konsolen zusammen.

Dabei setzt Fugaku komplett auf Hauptprozessoren (sog. CPU). Deren Architektur besitzt einen sehr effizienten Befehlssatz und glänzt vor allem in Sachen Ausführungsgeschwindigkeit und Stromverbrauch. Beeindruckende 158.976 Stück dieser Prozessoreinheiten sind in mehr als 400 Datenschränke (Racks) verbaut. Sie stellen mehr als 7 Millionen Rechenkerne zur Verfügung.

2019 führte der Fugaku-Prototyp übrigens sogar die Green500-Liste an, die die größten Supercomputer nach ihrer Energieeffizienz bewertet (aktuell steht er auf  Platz 20).

Für einen Supercomputer ist Fugaku erstaunlich leise. Dafür sorgt vor allem die Wasserkühlung aller Recheneinheiten. Inklusive aller Entwicklungskosten des Programms kostete der Rechner übrigens umgerechnet 1,231 Milliarden US-Dollar.

Einen spannenden Einblick ins Rechenzentrum liefert übrigens dieses Video mit dem offiziellen Maskottchen Fugakun:

Take a tour of the supercomputer Fugaku

Mit Supercomputern gegen Corona

Unter anderem verdanken wir es unserer weltweit hohen technischen Entwicklung, dass wir bereits ein Jahr nach Ausbruch der Corona-Pandemie mehrere wirksame Impfstoffe zur Verfügung haben (siehe unseren Artikel über Künstliche Intelligenz)

Fugaku wurde im Zusammenhang mit Corona vor allem dazu genutzt, um die Verbreitung von Tröpfchen und Aerosolen zu simulieren. Zu den über 2.000 Szenarien zählten Räume unterschiedlicher Größe und Bedingungen. Es reichte von Klassenzimmern mit verschiedenen Belüftungen bis hin zu Veranstaltungshallen, in denen die Luft von unten einströmt und oben abgesaugt wird. Auch die Funktion von Masken gehörte zu den Simulationen und bestätigte unter anderem die Wirksamkeit von selbst gemachten Masken, die wir vor einer breiten Verfügbarkeit von OP- und FFP2-Masken auch in Deutschland genutzt hatten.

Einen Einblick in die Simulationen bietet dieses Video von Reuters:

Supercomputer shows humidity effect on COVID-19

Krebsforschung & Meteorologie beschleunigt durch Fugaku

Zu den wichtigsten Einsatzgebieten des Megarechners zählt vor allem die Krebsforschung. Mitunter half der Supercomputer dabei, komplexe Zusammenhänge zwischen Krebs-Genen und anderen Einflüssen wie Umfeld oder Alter untersucht werden, um neue Prognosemethoden zu entwickeln. Analysen, wofür universitätseigene Supercomputer Monate benötigten, sind mit Fugaku bereits in einigen Stunden möglich.

Ähnliches gilt auch für die Wetterforschung. Die gewaltigen Rechenkapazitäten lassen Vorhersagen in viel größere Umfang und mit mehr Beobachtungsdaten zu. Damit lassen sich künftig auch Modelle anpassen und wertvolle Erkenntnisse zum Klimawandel treffen.

Möglich macht das unter anderem auch das Machine Learning durch Künstliche Intelligenz. Dabei nutzt es das Supercomputersystem „AI-Bridging Cloud Infrastructure“ (ABCI). Bei einem KI-Benchmark erreichte Fugaku dadurch allein mit 1/10 der Rechenkapazitäten eine 14 mal höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit als andere CPU-basierte Systeme.

Supercomputer made in Germany?

Gleich nach Fugaku rangieren erstmal Supercomputer aus den USA und aus China auf der Bestenliste. Deutschland ist auch unter den ersten zehn mit dabei. Platz 8 auf der TOP500-Liste belegt nämlich der Supercomputer JEWELS im Forschungszentrum Jülich. Genau genommen ist es der in ihm verbaute Booster mit 44,1 PETA-Flops Leistung, der die Gesamtleistung des Systems auf stolze 85 PETA-Flops erweitert. Zugleich belegt dieser Booster auch Rang 7 auf der Green500-Liste der energieeffizientesten Supercomputer.

Das Forschungszentrum Jülich ist übrigens mit rund 5.800 Mitarbeitern eines der größten Forschungseinrichtungen Europas. Die Einsatzbereiche von JEWELS sind Fugaku dabei nicht unähnlich. Zu den Hauptaufgaben gehören Simulationen von Medikamenten und Aussagen zum Klimawandel.  JUWELS simuliert aber auch Oberflächen-, Erd- und Grundwasserbewegungen.

Mit Supercomputern & Künstlicher Intelligenz in die Zukunft

Wie wichtig Supercomputer für unsere Zukunft sind wurde richtig deutlich, als die ganze Welt ihre Rechenpower benötigte. Sie sind stille Helden der Coronakrise. Mit ihrer Hilfe war es möglich, superschnell Gene zu entschlüsseln und auch Impfstoffe gegen den Virus zu entwickeln.  

Vor allem im Gespann mit Künstlichen neuronalen Netzen als Künstliche Intelligenz, erfährt die Forschung aktuell eine starke Beschleunigung. Neben noch immer nicht besiegten Krankheiten gibt es aber auch Themen wie autonomes Fahren oder Smart Cities, die unser künftiges Leben vor große Herausforderungen stellen. Obwohl Supercomputer selbst riesige Energiefresser sind, lassen sich mit ihnen aber auch Konzepte ergründen, wie wir künftig massiv Energie sparen.

Fazit: Supercomputer sind deutlich mehr, als rein technische Leistungsexperimente. Sie können verschiedene Wissenschaftsbereiche entscheidend weiterbringen, wo menschliche Ressourcen allein an ihre Grenzen stoßen. Während die Künstliche Intelligenz den Rechnern eine immer abstraktere Analyse ermöglicht, versprechen die neuen Quantencomputer, bereits eine nächste Stufe der Leistungssteigerung. Ganz so schnell werden sie Fugaku und seine Co-Stars aber nicht ablösen.


Image by Shuo via Adobe Stock

Stefan Reismann

Das Internet ist sein Zuhause, die Gaming-Welt sein Wohnzimmer. Der Multifunktions-Nerd machte eine Ausbildung zum Programmierer, entdeckte dann aber vor allem die inhaltliche Seite für sich. Nun schreibt er für die Netzpiloten und betreibt nebenher einen Let's Play-Kanal, auf dem reichlich gedaddelt wird.


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