CSCS

Künstliche Intelligenz: Der schnellste Rechner der Welt «Alps» kommt nach Lugano

Ab 2023 wird Piz Daint, der bis zum letzten Jahr den Rekord als stärkster Hochleistungsrechner Europas hielt, am Standort des (von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich verwalteten) Nationalen Hochleistungsrechenzentrums der Schweiz (CSCS) ersetzt

von Elisa Buson

Den Anfang machte Adula im Jahre 1991. Dann war 1996 der Gottardo an der Reihe, 2005 der Piz Palu, 2007 der Blanc, 2009 der Monte Rosa und schliesslich 2014 der Piz Daint. Es liest sich wie der Palmarès eines erfahrenen Bergsteigers, und dabei ist es die Aufstellung einer Auswahl der leistungsstärksten Supercomputer, die in 30 Jahren im Nationalen Hochleistungsrechenzentrum der Schweiz (CSCS), in Via Trevano 131 in Lugano, im Einsatz waren. Eine Kollektion, die bis 2023 um einen weiteren «Diamanten» reicher wird: Das System Alps, der Supercomputer mit der leistungsstärksten künstlichen Intelligenz der Welt, ein Gemeinschaftsprojekt von Hewlett Packard Enterprise und NVIDIA, um auf die grossen Fragen der Wissenschaft eine Antwort zu liefern. Genau hier, im Herzen des Tessins.

«Dieses Mal haben wir den Hochleistungsrechner nicht wie üblich nach einem Berg in der Schweiz genannt. Wir haben uns für den Namen der Alpen entschieden, da der neue Supercomputer wie eine grosse Gebirgskette ist, mit zahlreichen „Bergen“, die in der Lage sind, gleichzeitig die Anforderungen unterschiedlicher Nutzer zu erfüllen» – so Maria Grazia Giuffreda, stellvertretende Leiterin des Zentrums CSCS, das von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich ins Leben gerufen wurde und unter ihrer Verwaltung steht.

Das Geheimnis des neuen Rechners liegt in der Software, die im Vergleich zur Monoblockbauweise des Piz Daint, der aktuell in Betrieb ist, eine bessere Programmierbarkeit und mehr Flexibilität verspricht. Der Alps soll nämlich seinen Vorgänger, der «mittlerweile ein ehrenwertes Alter erreicht hat», in den Ruhestand schicken, so die Expertin. «Die Superrechner haben eine durchschnittliche Lebensdauer von vier Jahren: Sie können mit den neuesten Technologien aufgerüstet werden, indem man beispielsweise Prozessor oder Grafikkarte auswechselt, aber nach einer gewissen Zeit laufen sie dennoch Gefahr, den neuesten Standards hinterherzuhinken. Somit hat Piz Daint, der bis 2016 upgedatet wurde und bis 2020 den Rekord als stärkster Hochleistungsrechner Europas hielt, mittlerweile das richtige Alter für den Ruhestand erreicht».

Der Übergang zu Alps verspricht im Bereich der Forschung grossartige Fortschritte: von der Astrophysik über die neuen Materialien, die Quantenchemie und die Teilchenphysik bis hin zu den Biowissenschaften, der Wirtschaft, der Meteorologie und dem Klima. «Insbesondere sind die Klimaveränderungen ein globales Problem, das wir dringend angehen müssen und das keinen Aufschub duldet, vor dem wir uns nicht mehr wegducken dürfen – wie Giuffreda bemerkt. – Deshalb haben wir mit verschiedenen Fachleuten lange Gespräche geführt, um herauszufinden, welche Hauptprobleme es gibt und welcher Computerfähigkeiten es bedarf, um sie zu lösen». Um immer präzisere und genauere Simulationen zu erstellen, benötigen die Forscher immer höhere Rechnerleistungen, vor allem aber brauchen sie ein System, das in der Lage ist, riesige Datenmengen zu verarbeiten: «Für eine einzige Simulation – so die Expertin – erwartet man circa 100 Terabyte pro Tag, eine enorme Menge».

Hier kommen die künstliche Intelligenz und das maschinelle Lernen (das sogenannte «machine learning») ins Spiel, wodurch der Rechner in der Lage ist, grosse Datenmengen auszuwerten und etwaige Trends oder wiederkehrende Schemata zu erkennen, aus denen sich immer genauere Vorhersagen ableiten lassen. «Der neue Alps – so Giuffreda – wird siebenmal so leistungsstark wie Selene, der Supercomputer mit 2,8 Exaflops und derzeitiger Weltrekordhalter für künstliche Intelligenz, ein Rechner, der in der Lage ist, Abermilliarden Vorgänge pro Sekunde, etwa der Grössenordnung 10¹⁸, zu berechnen».

Alps legt die Messlatte noch höher und wird durch die enge Verknüpfung zwischen CPU-Prozessor und GPU-Grafikprozessor das grösste natürliche Sprachverarbeitungsmodell der Welt in nur zwei Tagen erlernen können. Er wird folglich die Fähigkeit haben, riesige Mengen an wissenschaftlicher Forschung und in verschiedenen Sprachen veröffentlichte Studien zu «lesen», und dabei die wichtigen Informationen und Erkenntnisse herausfiltern, die für die Beschleunigung der Forschung und die Förderung neuer Entdeckungen, insbesondere in Bereichen wie der Biologie und der Entwicklung von Arzneimitteln, von Bedeutung sind.

Wie der Vorgänger Piz Daint wird auch Alps für alle Forscher der Universitäten und der Unternehmen in der Schweiz und der ganzen Welt zugänglich sein. «Um den Rechner nutzen zu können, muss man sein Forschungsprojekt einreichen: Das CSCS unterzieht es einer technischen Prüfung, anschliessend wird die wissenschaftliche Bedeutung durch ein Peer-Review untersucht» – wie Giuffreda erläutert.

Die ersten vier Einheiten («cabinet», Schränke) des Hochleistungsrechners sind bereits im vergangenen Oktober am CSCS eingetroffen, der Grossteil der Technologie befindet sich jedoch noch in der Entwicklung und wird im Laufe der kommenden zwei Jahren installiert. Nach der vollständigen Inbetriebnahme wird Alps ein europaweit einmaliges Exemplar sein, das «die Vorrangstellung der Schweiz und ihre Unabhängigkeit in der Innovation und anderen Bereichen festigt», so die stellvertretende Leiterin des CSCS. Ein Mehrwert, der «für unser Zentrum im Vergleich zu heute keine erhöhten Energie- oder Betriebskosten bedeutet».

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