High Performance Computing (HPC) ist eng mit den Anfängen der Computertechnologie verbunden. Supercomputer erlaubten der Wissenschaft erstmals Berechnungen und Simulationen, die manuell unmöglich waren. Heute gibt es ein riesiges Feld an HPC-Anwendungen: Finanzinstitute, die Risikomodelle erstellen, Regierungen, die die Auswirkungen des demografischen Wandels berechnen oder Luft- und Raumfahrtunternehmen, die die Flugfähigkeiten von Flugzeugen und Raumfahrzeugen analysieren. Und geradezu explosionsartig entwickeln sich in jüngster Zeit die Anwendungen in der Molekular-Forschung. Erstmals wurde vor Kurzem das gesamte menschliche Genom mit seinen über drei Milliarden Basenpaaren auf einem Supercomputer sequenziert.

HPC-as-a-Service

Da sich nicht jedes Unternehmen teure Supercomputer leisten kann - oder will - gehörte auch HPC übers Netz zu einer der ersten Anwendungen aus der Cloud. Doch der Einsatz war lange Zeit aufgrund schwacher Netzwerke stark eingeschränkt. Erst mit dem Entstehen von Hochleistungsnetzen und riesigen Public-Cloud-Infrastrukturen wurde HPC-as-a-Service (HPCaaS) attraktiv. Heute haben alle großen Cloud-Provider, wie Alibaba, AWS, Google, Microsoft und Oracle leistungsstarke HPCaaS-Lösungen in ihrem Angebot.

Welche Vorteile HPC aus der Cloud bringt, zeigt das anschauliche Beispiel des Formel-1-Teams von Renault. Das Team nutzt die Tools von Intel® und Azure, um Erkenntnisse aus bis zu 50 Milliarden Datenpunkten zu gewinnen, die es an jedem Rennwochenende generiert. Diese Daten dienen der konstruktiven Verbesserung von rund 20.000 Teilen, die für jedes Rennen neu angepasst werden müssen. Mithilfe von HPCaaS kann das Team während der Rennsaison neue Teile in nur wenigen Tagen entwerfen, testen, herstellen und verbauen. Eine weitere Anwendung ist die SaaS-Engineering-Simulationsplattform OnScale Solve. Sie basiert auf Google-Cloud-Clustern, die mit skalierbaren Intel Xeon®-Prozessoren ausgestattet sind. Damit können Ingenieure schnell und umfassend komplexe digitale Prototypen erstellen. "Die Partnerschaft von OnScale, Intel und Google hat eine Full-Stack-Engineering-Simulationslösung geschaffen, die um Größenordnungen schneller ist als alles Vergleichbare", sagt Ian Campbell, CEO beiOnScale.

Solide Technologie für alle HPCaaS-Lösungen

In den HPC-Angeboten der großen Cloud-Provider stecken viele Intel-Technologien. Hier ein paar Beispiele:

• Skalierbare Intel®Xeon®-Prozessoren. Sie sind das Herzstück für rechenintensivste Workloads; vor allem die aktuelle dritte Generation bietet deutlich mehr Performance als die Vorgängermodelle. Die zugehörige Intel-Speed-??Select-Technologie ermöglicht mehrere Konfigurationen in einem Server, um so die Anforderungen unterschiedlicher Workloads besser zu erfüllen.

• Intel Software Guard Extensions (Intel® SGX). Das ist eine äußerst effiziente Sicherheitsfunktion in mandantenfähigen HPC-Cloud-Umgebungen, sie dient dem Schutz von Containern und VMs.

• Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel AVX-512).Hierbei handelt es sich um Prozessoranweisungen für vektorintensive Anwendungen. Wissenschaftler nutzen diesen Befehlssatz, um die Leistung für KI/DL-Workloads, DNA-Sequenzierung, Simulationen, Finanzanalysen und 3D-Modellierung zu verbessern.

• Intel® Deep Learning Boost (Intel DL Boost).Dieser Boost enthält einen neuen Satz von Vector Neural Network Instructions (VNNI), der Intel AVX-512 erweitert. VNNI kann dazu beitragen, die Anzahl und Komplexität von Faltungsoperationen zu reduzieren, die für die KI-Inferenz erforderlich sind. Das bedeutet geringerer Strom- und Speicherbedarf bei gleichzeitig höherer Leistung.

Abgerundet wird das alles durch die Intel HPC-Plattformspezifikation. Sie definiert für die Provider eine Reihe von Mindestanforderungen an Rechenleistung, Speicher und Netzwerk sowie kompatibler Anwendungen. Damit wird sichergestellt, dass alle HPC-Cloud-Service-Provider einen hohen Qualitätsstandard erfüllen.

Neue Technologien verbessern HPC

"Der HPC-Bedarf wird weiter exponentiell ansteigen. Gefordert ist eine deutlich schnellere Verarbeitung mit höherer Genauigkeit", meint Peter Rutten, Research Vice-President bei IDC, in einem Blog. "KI, Edge-Computing, 5G und Wi-Fi 6 werden die Möglichkeiten von HPC erweitern und zu neuen Chip- und Systemarchitekturen führen, die eine noch höhere Verarbeitungs- und Analysefähigkeit bieten", lautet sein Ausblick.