(Sonstiges) Supercomputer

[voyageur]

Lecornu weihte den Supercomputer EXA1 der Abteilung für militärische Anwendungen der CEA ein.
OPEX 360 (französisch)
von Laurent Lagneau - 14. September 2022
[Bild: http://www.opex360.com/wp-content/upload...220914.jpg]
Da Frankreich dem Vertrag über das umfassende Verbot von Nuklearversuchen [CTBT] beigetreten ist, ist die Direktion für militärische Anwendungen [DAM] des Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies renouvelables [CEA] gezwungen, auf Simulationen zurückzugreifen, um die Glaubwürdigkeit der Abschreckung zu gewährleisten und die Atomsprengköpfe der nächsten Generation zu konzipieren.

Zu diesem Zweck verfügt die DAM über den Laser Megajoule [LMJ], der 2014 im Centre d'études scientifiques et techniques d'Aquitaine [CESTA] in Barp, Gironde, in Betrieb genommen wurde, die radiographische Anlage EPURE, den Versuchsreaktor [RES] in Cadarache und Supercomputer mit ständig verbesserter Leistung.

Nachdem in den 2000er Jahren der AlphaServer SC45 der amerikanischen Firma Hewlett-Packard durch den Tera-10 ersetzt worden war, der von der französischen Firma Bull [inzwischen von Atos übernommen] entwickelt wurde und fast 53 Billionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde durchführen konnte [52. 8 Teraflops], erhielt die DAM 2010 den Tera-100 mit einer Rechenleistung von 1,05 Petaflops [10 hoch 15 Gleitkommaoperationen pro Sekunde, Anm. d. Ü.].

Auf den Tera-100 folgten 2015 der Tera-1000-1 und 2017 der Tera-1000-2.

Dank seiner 561.408 Intel Xeon Phi 7250-Kerne verfügt der Tera-1000-2, der unter einem Linux-Betriebssystem läuft, über eine Rechenleistung, die 25 Millionen Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde entspricht. Damit ist er der leistungsstärkste allgemeine Supercomputer in Europa [und der 14. weltweit].

"Seine Architektur ist ein Vorgeschmack auf die Supercomputer der Generation 2020, die als 'exascale' bezeichnet wird [eine Milliarde Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde]", erklärte die DAM damals. Sie fügte hinzu: "Die Anforderungen [...] für die Verteidigung erfordern bis 2020 einen Supercomputer der Exaflop-Klasse. Um dies zu erreichen, sind technologische Durchbrüche erforderlich, insbesondere um den Energieverbrauch zu kontrollieren - ein immer entscheidenderes Thema auf dem Markt für Hochleistungsrechnen [HPC] -, aber auch um den Informationsfluss zu regulieren und die enorme Datenmenge zu bewältigen, die durch immer präzisere Simulationen multiphysikalischer und multidimensionaler Phänomene erzeugt wird".

In Erwartung dieser neuen Generation von Supercomputern der "Exaflop-Klasse" [und möglicher Fortschritte im Bereich der Quanteninformatik] weihte der französische Militärminister Sébastien Lecornu am 13. September den EXA1 am Standort Bruyères-le-Châtel [Île-de-France] ein.

"Zusammen mit François Jacq, dem Generaldirektor des CEA, und Vincenzo Salvetti , dem Direktor für militärische Anwendungen, haben wir den Supercomputer EXA1 eingeweiht. Seine Leistung gehört zu den zehn besten der Welt. Das ist die Garantie für eine glaubwürdige und zuverlässige nukleare Abschreckung", kommentierte der Minister via Twitter.

Im November 2021 hatten Atos und die DAM den Start der ersten Partition dieses Supercomputers angekündigt. Der EXA1, der auf der Architektur des BullSequana XH2000 basiert und mit 12.960 AMD-Prozessoren und 829.440 Prozessorkernen ausgestattet ist, versprach damals, das "weltweit größte jemals installierte Hochleistungsrechnersystem [HPC] mit Standardprozessoren" zu sein, argumentierten sie damals.

Außerdem, so hieß es weiter, sei der EXA1 "vollständig wassergekühlt, wobei Atos' patentierte DLC-Lösung (Direct Liquid Cooling) lauwarmes Wasser verwendet. Mit einem Indikator für die Energieeffizienz PUE~1 [Power Usage Effectiveness] weist er die beste Leistung auf dem Markt auf. Damit kann CEA/DAM seinen Energieverbrauch effektiv kontrollieren, die Kosten senken und von Prozessoren mit den höchsten Leistungsanforderungen profitieren".

Der EXA1 hat eine Rechenleistung von 23,2 Petaflops, bei einem Energieverbrauch von 4,96 Megawatt. Diese Kapazität sollte später noch gesteigert werden ... zumal der Bedarf der DAM in diesem Bereich nur wachsen wird.

"Für zukünftige [nukleare] Sprengköpfe ist die geforderte Leistung größer als die, die für die Sprengköpfe TNA [luftgestützt] und TNO [ozeanisch] erforderlich ist. Wir werden leistungsfähigere Modelle entwickeln und immer mehr Berechnungen in 3D durchführen müssen [während wir vorher überwiegend zweidimensional waren], was eine weitere Steigerung der Leistung unserer Rechner erfordert, mit Maschinen der Exaflop-Klasse. [...]

Wir müssen sie 7 Tage die Woche, 24 Stunden am Tag für die nukleare Abschreckung nutzen, da die Berechnungen sehr viel Maschinenleistung erfordern", erklärte François Geleznikoff, der damalige Chef der DAM, im Dezember 2019.

Weitere Informationen: Tera, die Saga der Supercomputer, von der DAM/CEA.

[voyageur]

Das Militärministerium will bis 2032 über zwei Prototypen von Quantencomputern verfügen.
OPEX 360 (französisch)
von Laurent Lagneau - 7. März 2024
[Bild: https://www.opex360.com/wp-content/uploa...220104.jpg]

Die Quantentheorie ist nicht leicht zu begreifen... "... Wenn du glaubst, sie zu verstehen, dann verstehst du sie nicht", sagte der Physiker Richard Feynman. Die Theorie beruht auf fünf Konzepten: dem Welle-Korpuskel-Dualismus [von Louis de Broglie erahnt], dem Komplementaritätsprinzip [von Niels Bohr formuliert], der Unschärferelation [nach Werner Heisenberg ist es nicht möglich, zwei physikalische Eigenschaften desselben Teilchens gleichzeitig zu kennen], der Überlagerung von Zuständen [veranschaulicht durch "Schrödingers Katze"] und der Verschränkung von Teilchen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Quantenphysik nicht zwischen Korpuskel und Welle unterscheidet. Man spricht daher von einem "Wellen-Korpuskel", das sich gleichzeitig in verschiedenen Zuständen befinden kann. Und die Zustände zweier Teilchen können korreliert sein, ohne dass zwischen ihnen ein Signal ausgetauscht wird.

Diese Eigenschaften könnten neue Möglichkeiten eröffnen, insbesondere im Bereich der Informatik, da die Basiseinheit einer Information [das Bit] gleichzeitig die Werte 0 und 1 annehmen kann [man spricht dann von qbit]. Dies setzt jedoch voraus, dass das "Dekohärenzphänomen", d. h. der Verlust von Quanteneffekten beim Übergang auf die makroskopische Skala, ausgeglichen wird.

Angesichts des Potenzials, das die Quantentechnologie bieten kann, ist sie für das französische Militärministerium von großem Interesse. In der Loi de programmation militaire [LPM] 2024-30 wird die Quantentechnologie als Priorität genannt. Darin heißt es, dass die Regierung dem Parlament im Jahr 2025 einen Bericht über die "möglichen Anwendungen der Quantentechnologie in den französischen Streitkräften" vorlegen muss.

Es wurden jedoch bereits Programme gestartet. So hat die Generaldirektion für Rüstung (DGA) im September 2020 einen Auftrag im Wert von 13 Millionen Euro an das Office national d'études et de recherches aérospatiales (ONERA) vergeben, um "interferometrische Gravimeter für die Forschung mit kalten Atomen, die an Bord genommen werden können" (GIRAFE) zu beschaffen.

Diese für den hydrographischen und ozeanographischen Dienst der französischen Marine [SHOM] bestimmten Quantengravimeter sollten es ermöglichen, "die Erdbeschleunigung mit hoher Genauigkeit zu messen und so die Veränderungen der Massen unter der Erdoberfläche zu bewerten". Damals betonte die DGA, dass es sich um die "erste praktische Anwendung eines Messsystems handelt, das die Quanteneigenschaften von Rubidiumatomen nutzt, die von einem Laser eingefangen und gekühlt werden".

Darüber hinaus führte der Fonds Innovation de Défense, der von Bpifrance im Auftrag des französischen Verteidigungsministeriums geleitet wird, seine ersten Transaktionen zugunsten der Unternehmen Pasqal [Quantenprozessoren] und Quandela [Quantenphotonik] durch. Darüber hinaus unterstützte die DGA andere in dieser Nische positionierte KMU, darunter Muquans und Syrlinks, und finanzierte rund 20 Doktorarbeiten im Bereich der Quantentheorie.

Eine weitere Anwendung, in die das Verteidigungsministerium große Hoffnungen setzt, ist das Quantencomputing, mit dem Milliarden von Daten sehr schnell verarbeitet werden können, sei es für die Abschreckung, die Aufklärung, die Simulation oder auch die Entwicklung neuer Waffensysteme.

Daher das Programm Proqcima, das von der DGA anlässlich des Nationalen Quanten-Tages in der Bibliothèque Nationale de France am 6. März offiziell gestartet wurde. Das Ziel ist es, "bis 2032 über zwei Prototypen universeller Quantencomputer nach französischem Design zu verfügen", so das Armeeministerium in einer Pressemitteilung.

Zu diesem Zweck wurden fünf Unternehmen, die sich auf Quantentechnologien spezialisiert haben, darunter Pasqal, Alice&Bob, C12, Quandela und Quobly, von der DGA über Rahmenvereinbarungen informiert: "Sie legen den Grundstein für eine innovative Partnerschaft zwischen dem Staat und jungen Unternehmen aus der französischen Forschung" und "sollen die Entwicklung der vielversprechendsten Technologien von Laborprototypen bis hin zu Lösungen für breit angelegte Quantenberechnungen [LSQ, für Large Scale Quantum], die für die Bedürfnisse der Verteidigung genutzt werden können, ermöglichen", erklärt es.

Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem Generalsekretariat für Investitionen (SGPI) ins Leben gerufen und wird von der Agence du numérique de défense (AND) der französischen Verteidigungsbehörde (DGA) geleitet.

Die fünf Unternehmen, die im Rahmen des PROQCIMA-Programms ausgewählt wurden, haben ihre eigenen Stärken, um sich dieser Herausforderung zu stellen. Es bleibt jedoch abzuwarten, welche von ihnen es schaffen werden, "die verschiedenen Hürden in den Bereichen Technik, Herstellung und Industrialisierung zu überwinden", so das Armeeministerium.

Das Programm wird in drei Phasen ablaufen: Proof of Concept, Reifung und Industrialisierung. Im Jahr 2028 werden nur die drei erfolgreichsten Projekte für die Fortsetzung ausgewählt. Dann "wird der Wettbewerb auf die beiden leistungsstärksten Technologien beschränkt, die das Programm fortsetzen, um von Rechnerprototypen [Ziel: 128 logische Qubit] zu industriellen Produkten zu gelangen, die von ihren ersten Kunden genutzt werden können [Ziel: 2048 logische Qubit]", so das Ministerium abschließend.