Cloud-High-Performance-Computing wird das neue Normal

Im Wettbewerb um die Märkte von morgen zählen Schnelligkeit, Qualität und Effizienz. Die Cloud-Hyperscaler – die IT-Industrie – setzen auf High-Performance-Computing (HPC). Und die Cloud.

In den vergangenen Jahren wurden viele Hemmnisse ausgeräumt, die HPC davon abgehalten haben, zum Mainstream zu werden: Kosten. Verfügbarkeit. Skalierbarkeit. Daten. Hierfür gibt es mittlerweile zahlreiche Antworten. Eine heißt Cloud-Computing. Neue Ansätze machen den Weg frei zu Allzweckarchitekturen, hyperkonvergenten Infrastrukturen und Beschleunigung. Eine andere ist der technische Fortschritt. So arbeitet exemplarisch Intel derzeit am US-weit ersten Exascale-Supercomputer, der unter anderem auf einer künftigen skalierbaren Intel-Xeon-Prozessorreihe, der Intel-Xeon-Computerarchitektur und persistentem Intel-Optane-DC-Arbeitsspeicher basiert. „Neue“ Speichertechnologien und Prozessorarchitekturen in Kombination mit neuen Betriebsmodellen pushen HPC.

Abriss HPC

High-Performance-Computing (HPC) sieht vor, die Parallelverarbeitung zu verwenden, um Daten mit höheren Geschwindigkeiten und Genauigkeiten zu verarbeiten und effizient auszugeben. Dabei handelt es sich um eine Schlüsseltechnologie, die immer relevanter für Wirtschaft, Wissenschaft und Forschung wird. HPC-Use-Cases sind typischerweise komplexe Rechenprobleme, die parallele Verarbeitungstechniken erfordern. Um Berechnungen zu unterstützen, ist eine gut ausgebaute HPC-Infrastruktur in der Lage, die Rechenleistung für die Dauer der Rechenoperationen aufrechtzuerhalten.

Anwendungsbeispiele

Mit High-Performance-Computing (HPC) lassen sich neue Erkenntnisse und Informationen schneller als je zuvor gewinnen. Die neuesten Fortschritte in computergestützter Modellierung und Simulation verkürzen die Entwicklungszyklen in der Fertigungsbranche und verbessern die Produkte. Animationsstudios wie Pixar nutzen HPC, um Animationen lebensechter zu gestalten. Mithilfe von HPC-Simulationen werden Rotorblätter für Windkraftanlagen standortbezogen vor dem Bau optimiert. Im Bereich der Biowissenschaften konzentrieren sich Forschung und Praxis auf einzelne Zellen, Gene und Neuronen. Skalierbare HPC-Systeme liefern immense Zuwächse an Datenverarbeitungseffizienz. Das Ergebnis ist eine bessere Patientenversorgung, zum Beispiel neue computergestützte Bildgebungsverfahren, mit denen Verletzungen und Erkrankungen des Gehirns behandelt werden.

Kurzum: In der Medizin, beim Wetterdienst, beim Umweltschutz und bei der Cybersicherheit werden Hochleistungsrechner genutzt. In Forschungs-, Produktdesign- und Ingenieurgruppen werden sie häufig für rechenintensive Simulations- und Optimierungsaufgaben in Bezug auf Strömungsdynamik, mechanische und strukturelle Belastungen und elektromagnetisches Verhalten eingesetzt. Aber auch in Bereichen wie Deep Learning, Arzneimittelforschung und Finanzmarktprognose ist HPC ein Standardansatz.

HPC und die Cloud

Die Cloud ist für HPC-Workloads wie gemacht; und umgekehrt. Es geht hier neben Anforderungen an und Verfügbarkeit von personellen und technischen Ressourcen insbesondere um die Kosten. Und diese Kostenbetrachtung ist gar nicht so einfach: Neben den üblichen Verdächtigen wie CAPEX und OPEX müssen auch Themen wie Wartezeiten – bzw. eine schnellere Verarbeitung – berücksichtigt werden. Beispiel: Kostet ein definierter Job in der Cloud 17 Prozent mehr als On-Premise, ist dieser aber in der Cloud-Umgebung einige Tage schneller abgearbeitet, so kann hieraus ein Wert entstehen, den es zu quantifizieren gilt. Unternehmen, die keine eigenen HPC-Infrastrukturen im eigenen RZ haben oder nur recht rudimentäre Rechenzentrumsinfrastrukturen, werden regelmäßig direkt den Weg in die Cloud nehmen.

Der Markt

1990: 2 Milliarden. 2017: 24 Milliarden. 2023: 44 Milliarden. 2023 werden nach Analysen von Hyperion Research 44 Milliarden US-Dollar für High-Performance-Computing (HPC) ausgegeben. Allein der Umsatz mit HPC-Servern wird 2023 auf knapp 20 Milliarden US-Dollar wachsen. Die Experten von Research and Markets prognostizieren für den Zeitraum 2019 bis 2024 für den Cloud-High-Performance-Computing-Markt ein durchschnittliches jährliches Wachstum von über 12 Prozent. Die Entstehung großer Datenmengen und komplexer Anwendungen wie ultrahochauflösende Workflows, automatische Simulationen des elektronischen Designs sowie das branchenübergreifende Management beeinflusst das starke Wachstum dieses Marktes. Die Marktforscher von Intersect360 Research gingen im Jahr 2016 davon aus, dass Cloud-Computing ca. 2,4 Prozent des (gesamten) HPC-Marktes ausmachte. Dieser Anteil hat sich in den vergangenen Jahren auf deutlich über fünf Prozent entwickelt. Wird nur der Marktbereich Storage, Compute und Netzwerk berücksichtigt, so macht Cloud-HPC einen deutlichen zweistelligen Marktanteil aus. Im Kontext hierzu: Die Marktbeobachter von Market Research Future haben herausgefunden, dass der globale Markt as a Service (HPCaaS) für High-Performance-Computing bis 2023 auf 9,5 Milliarden US-Dollar ansteigen wird.