Wie die Flops laufen lernten

IBM 7090 und IBM 360/91

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IBM 7090, installiert 1962 am IPP, Garching (links), und IBM 360/91, installiert 1969 am IPP, Garching (rechts).

Auf den Rechner im Jahr 1962 hatten auch andere Max-Planck-Institute Zugriff. Einen weiteren Rechner dieses Typs gab es in der Bundesrepublik Deutschland noch am damaligen "Deutschen Rechenzentrum" in Darmstadt. Sieben Jahre später wurde mit einem IBM 360/91-Rechner eine Leistungssteigerung um zwei Größenordnungen erzielt, zu der das neuartige Pipelining- Konzept entscheidend beitrug. Der im Jahr 1969 am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) installierte Rechner wurde wieder von anderen Max-Planck-Instituten, insbesondere der Astrophysik, mit genutzt. In Europa verfügte noch die Atomenergiebehörde in Frankreich über einen gleichartigen Rechner.

Weitere zehn Jahre vergingen, bis 1979 mit dem ersten Cray-1-Rechner Kontinentaleuropas am Rechenzentrum Garching (RZG) am IPP die Vektorrechnertechnologie ihren Siegeszug antrat, die Plasma-, Teilchen- und Astrophysik beflügelte und sich in der Materialforschung zu etablieren begann. Diese Cray-1 war der erste Vektorrechner, welcher der freien Forschung zur Verfügung stand. Ein amerikanischer Gastforscher des Max-Planck-Instituts für Astrophysik, Larry Smarr, nutzte 1982 begeistert die guten Rechenbedingungen und beklagte die schlechte Rechnerausstattung für zivile US-Forscher. Er initiierte 1983 die Gründung nationaler Supercomputerzentren durch die National Science Foundation.

Vektortechnologie

Die Vektorrechnertechnologie beherrschte dann für nahezu zwei Jahrzehnte das weltweite Supercomputing. Mit einem Cray XMP/2-System im Jahr 1986 und einem Cray YMP/4-System im Jahr 1991 (mit zwei beziehungsweise vier Prozessoren und gemeinsamem Arbeitsspeicher) folgten moderat leistungsfähigere Vektorrechner am RZG. Am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) in Hamburg, das 1986 aus dem Rechenzentrum des Max-Planck-Instituts für Meteorologie hervorgegangen war, wurde 1987 ein Cray-2-System installiert, das zu den weltweit leistungsfähigsten zählte.

Paralleles Rechnen

Cray-1 und Cray-2

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Cray-1, installiert 1979 am RZG, Garching (links), und Cray-2, installiert 1987 am DKRZ, Hamburg (rechts).

Anfang der 1990er Jahre erfolgte dann der Aufbruch in die neue Technologie des massiv-parallelen Rechnens. Neben einer gravierenden Steigerung der Rechenleistung konnte erstmals von sehr großen Hauptspeichern profitiert werden. Der Preis hierfür war die erforderliche, aufwändige Entwicklung geeigneter paralleler Programme, deren Komplexität die Vektorrechnerprogramme deutlich überstieg. Wieder stellte sich die Max- Planck-Gesellschaft früh den neuen Herausforderungen: von 1991 an mit einem 64-Prozessor-nCUBE2-Parallelrechner am RZG und ab 1992 mit einem 32-Prozessor- KSR1-Parallelrechner bei der GWDG in Göttingen. Ab dem Jahr 1995 konnte die neue Technologie in der Max- Planck-Gesellschaft mit einem Cray T3D/128-System, ab 1996 einem Cray T3E-System (816 Prozessoren nach Endausbau) eingesetzt werden. Seitdem ist eine deutliche Ausweitung der Parallelrechnernutzung in den theoretisch orientierten Disziplinen zu beobachten. Aufgrund der weiterhin enormen Fortschritte der Rechnertechnologien bietet dieses T3E-System, einst Platz 7 der Weltrangliste (im Juni 1998), nach Jahren intensivster Nutzung heute nur noch sehr eingeschränkte Möglichkeiten für international wettbewerbsfähige Forschung.

Cray T3E und IBM Regatta System

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Cray T3E. installiert 1997 am RZG, Garching (links), und IBM Regatta System, installiert 2002 am RZG, Garching (rechts).

Anfang 2002 wurde der erste Teil eines IBM-Nachfolgesystems mit 1 TeraFlop/s Spitzenleistung am RZG installiert, das bis zum Jahresende auf die zehnfache Leistung des T3E-Systems ausgebaut werden soll. Auch am DKRZ wurde Anfang 2002 mit dem Aufbau eines neuen NEC-Höchstleistungsrechners für die Klimaforscher begonnen.

Fortschritte in der Rechnertechnologie haben den Wissenschaftlern damit in den vergangenen vier Jahrzehnten eine Leistungssteigerung um sieben Größenordnungen beschert. Vergleichbare "Sprünge" ergaben sich auf bestimmten Gebieten durch neue, effizientere Algorithmen. Die damit möglichen, immer komplexeren Simulationsrechnungen und "virtuellen Experimente" haben sich sehr fruchtbar auf die Fortschritte in der Wissenschaft ausgewirkt.