Die USA stehen kurz davor, in eine neue Ära des Supercomputings einzusteigen, mit einem Sprung nach vorne in der Rechenleistung, der alle zehn Jahre einen großen Einfluss auf Bereiche haben wird, die von der Erforschung des Klimawandels bis hin zu Atomwaffentests reichen.
Aber die nationale Prahlerei, die normalerweise durch solche Durchbrüche ausgelöst wird, wird wahrscheinlich gedämpft sein. China hat diesen Meilenstein als erstes überschritten und ist bereits auf dem besten Weg, eine ganze Generation fortschrittlicher Supercomputer zu bauen, die alles übertrifft, was anderswo bisher verwendet wird.
Was die Fortschritte laut US-Experten auf diesem Gebiet umso bemerkenswerter macht, ist, dass Chinas Errungenschaft mit lokaler Technologie erzielt wurde, nachdem Washington den Zugang zu amerikanischer Hardware blockiert hatte, die lange als kritisch für solche Systeme galt.
Der Aufbau von Chinas Supercomputing-Programm, das mehr als zwei Jahrzehnte zurückreicht, hat zu einer „atemberaubenden Situation“ geführt, in der das Land jetzt weltweit führend ist, sagte Jack Dongarra, ein US-Supercomputing-Experte.
Die fortschrittlichsten Supercomputer werden verwendet, um Simulationen hochkomplexer Systeme zu verbessern, beispielsweise um bessere Modelle des Klimawandels oder der Auswirkungen von Atomexplosionen zu erstellen. Aber ihre geheime Verwendung in geheimen Bereichen, wie zum Beispiel das Aufheben von Verschlüsselung, macht sie wahrscheinlich auch zu Schlüsselwerkzeugen für die nationale Sicherheit, so Nicholas Higham, Professor für Mathematik an der Universität von Manchester.
China hatte bereits mehr Supercomputer auf dem Markt Top-500-Liste der weltweit leistungsstärksten Computer als jedes andere Land – 186 im Vergleich zu 123 in den USA. Jetzt, indem es die USA beim nächsten großen Durchbruch auf diesem Gebiet überholt und eine Flut solcher Maschinen plant, ist es in der Lage, für die kommenden Jahre die Hochebene des Computers zu erobern.
Der chinesische Durchbruch gelang im Rennen um den Bau sogenannter Exascale-Supercomputer, Systeme, die 10 hoch 18 Berechnungen pro Sekunde bewältigen können. Damit sind sie tausendmal schneller als die ersten Petaflop-Systeme, die ihnen vor mehr als einem Jahrzehnt vorausgegangen sind.
In den letzten Monaten wurde im Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums in Tennessee daran gearbeitet, das erste von drei im Land geplanten Exascale-Systemen zu montieren und zu testen. Wenn die unvermeidlichen „Bugs“ ausgebügelt werden, könnte die Ankunft von Exascale-Computing in den USA Ende Mai mit der Veröffentlichung der zweimal jährlich erscheinenden Top-500-Liste bestätigt werden, so Dongarra, der die Liste verwaltet.
Im Gegensatz dazu läuft Chinas erstes Exascale-System seit mehr als einem Jahr und wurde seitdem durch ein zweites ergänzt, so eine kürzlich erschienene Präsentation von David Kahaner, Direktor des Asian Technology Information Program, dessen Forschung weithin als die maßgeblichste bezeichnet wird .
China hat nicht offiziell bekannt gegeben, dass es zwei Exascale-Systeme hat. Ihre Existenz wurde jedoch Ende letzten Jahres bestätigt, als wissenschaftliche Forschungen, die mit den Maschinen durchgeführt wurden, für den Gordon Bell-Preis eingereicht wurden, wobei eine Arbeit die höchste Auszeichnung im internationalen Supercomputing-Wettbewerb erhielt.
Das Land mit den fortschrittlichsten Supercomputern habe einen klaren Vorteil in der Landesverteidigung gegenüber seinen Gegnern, sagte Horst Simon, der bis vor kurzem stellvertretender Direktor des Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums war.
Chinas Entscheidung, seinen Supercomputing-Durchbruch nicht offiziell zu bestätigen, ist eine Abkehr von der jahrzehntelangen Geschichte auf diesem Gebiet, in der Wissenschaftler normalerweise offen über ihre Errungenschaften sprechen und Länder schnell Anspruch darauf erheben, mit den Spitzenmaschinen zu prahlen. Experten zufolge könnte die Geheimhaltung dazu dienen, weitere Vergeltungsmaßnahmen der USA zu verhindern.
Washington verhängte 2019 gezielte Sanktionen gegen fünf chinesische Organisationen, die am Supercomputing beteiligt sind, und folgte vor einem Jahr mit einer weiteren Runde gegen sieben weitere Gruppen. Die zweite Welle wurde einen Monat nach der Inbetriebnahme von Chinas erstem Exascale-System eingeführt.
Ein früherer chinesischer Versuch, die Exascale-Barriere zu durchbrechen, stützte sich auf die Technologie des US-Chipherstellers AMD und machte sie anfällig für US-Handelsbeschränkungen. Im Gegensatz dazu basieren seine aktuellen zwei Exascale-Systeme auf heimischen Chipdesigns. Die lokalen Entwickler der Chips, die in den beiden riesigen neuen Systemen verwendet werden – Tianjin Phytium Information Technology und Shanghai High-Performance Integrated Circuit Design Center – standen beide letztes Jahr auf der US-Sanktionsliste.
„Ich finde es ziemlich beeindruckend, dass sie in sehr kurzer Zeit ein System auf der Grundlage ihrer eigenen Technologie aufbauen konnten“, sagte Dongarra. Er fügte hinzu, es sei unklar, ob die Chips auf dem chinesischen Festland hergestellt würden – das immer noch Jahre hinter den fortschrittlichsten Chipfabriken der Welt zurückbleibt – oder in Taiwan.
China baut seit Jahren eine heimische Industrie rund um das Supercomputing auf und schockierte seine Hauptkonkurrenten in den USA und Japan erstmals im Jahr 2000, als es die damals schnellste Maschine der Welt vorstellte. Aber der Beginn des Exascale-Computing-Zeitalters könnte eine Chance sein, eine klarere Führung zu übernehmen.
Während die USA drei Exascale-Systeme in Arbeit haben, ist es laut Kahaner das Ziel Chinas, bis 2025 zehn Systeme zu haben. Seine Forschung zeigt, dass chinesische Unternehmen sich jetzt mehr auf den heimischen Wettbewerb konzentrieren als auf das, was ihre internationalen Konkurrenten tun. Da sich zwischen den beiden Nationen eine Kluft auftut, sollten die USA erwägen, ihre Sanktionen gegen Chinas führendes nationales Supercomputing-Zentrum in Wuxi zu lockern, in der Hoffnung, „einen tieferen Einblick in diese zu erhalten [Chinese] Systeme“, so Kahaner.
Trotz Chinas Vorsprung bei Hardware weisen Kahaner und andere auf die Breite der US-Fähigkeiten als Stärke hin, insbesondere wenn es um Software geht. Die Hälfte der Kosten von 3,2 Milliarden Dollar für die drei Exascale-Computer des US-Energieministeriums stammt von jahrzehntelangen Bemühungen, Programme zu schreiben, die auf der neuen Computerarchitektur laufen. Auch die chinesische Forschung in fortgeschrittener Mathematik zeige sich selten in Bereichen, die mit Supercomputern in Verbindung stehen, sagte Higham.
Zu seiner Forderung nach einer stärkeren Zusammenarbeit zwischen China und den USA sagte Kahaner: „Der Zugang zu neuen Systemen ermöglicht Experimente, von denen alle Parteien profitieren. Im größtmöglichen Umfang, im Einklang mit Sicherheit und fairem/ausgewogenem Wettbewerb, ist mehr Zugang besser.“
Aber da China seine neuen Supercomputing-Fähigkeiten noch nicht öffentlich anerkennt und die USA immer noch auf Sanktionen gegen China drängen, um seinen Aufstieg als Technologiemacht zu begrenzen, könnte dies eine ferne Hoffnung bleiben.