Als Gewinner des Turing Award 2021 (auch bekannt als Nobelpreis der Informatik) und einer der Gründer der Top 500-Liste, die die leistungsstärksten Supercomputer der Welt auflistet, sind Dongarras Ansichten zur Zukunft des Supercomputings wichtige Leitlinien sowohl für die wissenschaftliche Gemeinschaft als auch für die Branche insgesamt.
Hybridcomputer – Lösungen für die Zukunft
Laut Dongarra wird die nächste Generation von Supercomputern nicht einfach ein herkömmliches Hardware-Upgrade sein, sondern eine intelligente Kombination klassischer Computersysteme mit Quantentechnologie und künstlicher Intelligenz (KI).
Dies gilt als entscheidender Schritt zur Überwindung der derzeitigen Grenzen des Mooreschen Gesetzes, da die Miniaturisierung von Transistoren fast eine physikalische Barriere erreicht hat.
Dongarra betont, dass die Zukunft des Supercomputings nicht darin liege, klassische Systeme vollständig durch Quantencomputer zu ersetzen, sondern in einer harmonischen Kombination aus beidem.
Er beschreibt dieses Hybridsystem als eine mehrschichtige Rechenmaschine, bei der jede Komponente die Aufgaben übernimmt, die ihren Eigenschaften am besten entsprechen.
In Dongarras Vision würden Quantenverarbeitungseinheiten (QPUs) als „spezialisierte Beschleuniger“ für komplexe Optimierungsprobleme fungieren, insbesondere bei molekularen Simulationen zur Entdeckung neuer Medikamente oder Materialien.
Diese Probleme sind exponentiell komplex und selbst für die leistungsstärksten Supercomputer von heute schwer zu lösen. Quantencomputer hingegen, die sich Quantensuperposition und Verschränkungseffekte zunutze machen, können sie wesentlich effizienter bewältigen.
Traditionelle CPUs und GPUs übernehmen weiterhin die Hauptaufgaben der Rechenleistung, wie die Verarbeitung großer Datenmengen und die Ausführung von KI-Algorithmen. Diese sinnvolle Arbeitsteilung optimiert nicht nur die Leistung, sondern trägt auch dazu bei, die Stärken der einzelnen Prozessortypen optimal zu nutzen.
Eine von Dongarras außergewöhnlichsten Perspektiven ist die Rolle der KI im Supercomputersystem der Zukunft. Er sieht KI nicht einfach als eine Anwendung, die auf einem Supercomputer läuft, sondern als den „Klebstoff“, der das gesamte System verbindet und koordiniert.
Jack Dongarra spielt eine Schlüsselrolle im Hochleistungsrechnen (Foto: US-Energieministerium).
Laut Dongarra wird KI Supercomputer in Echtzeit optimieren und dabei prädiktive Modellierungstechniken nutzen, um Ressourcen intelligent zuzuweisen. Das System wird automatisch entscheiden können, wann klassische Prozessoren eingesetzt werden, wann auf QPUs umgeschaltet wird und wie diese für optimale Effizienz koordiniert werden.
Diese Vision wird durch viele bahnbrechende Projekte verwirklicht.
Der Halbleitergigant Nvidia und Quantum Machines haben gerade das DGX Quantum-System vorgestellt, das Quantencontroller in nur wenigen Mikrosekunden eng mit KI-Superchips verbindet.
Das System ermöglicht eine Quantenfehlerkorrektur in Echtzeit und eine KI-basierte Kalibrierung von Quantenprozessoren und eröffnet so neue Möglichkeiten für hybride quantenklassische Anwendungen.
Neue Herausforderungen im globalen Technologiewettlauf
Dongarra scheute sich auch nicht, die Herausforderungen zu diskutieren, vor denen die Supercomputerbranche steht, wie etwa den Mangel an Forschungsgeldern und den internationalen Wettbewerbsdruck, insbesondere aus China.
Chinas jüngste Fortschritte auf diesem Gebiet, wie etwa der Jiuzhang-Quantencomputer, der Aufgaben 180 Millionen Mal schneller erledigen kann als der leistungsstärkste Supercomputer, oder der Zuchongzhi 3.0-Quantenprozessor mit 105 Qubits, sind für die westlichen Länder ein Weckruf.
Chinas Quantencomputer Jiuzhang kann Aufgaben 180 Millionen Mal schneller erledigen als der leistungsstärkste Supercomputer (Foto: Spectrum)
Die Verleihung des diesjährigen Jack Dongarra Early Career Award an Dr. Lin Gan von der Tsinghua-Universität (China) für seine Beiträge zu HPC-Algorithmen, die eine Brücke zwischen klassischen und Quantensystemen schlagen, bestätigt den globalen Charakter dieses Wettlaufs noch einmal.
Dongarra fordert eine verstärkte internationale Zusammenarbeit durch Organisationen wie die North American Artificial Intelligence (NAAI), der er kürzlich beigetreten ist, um die ethische Integration von KI in Supercomputer zu fördern.
Dongarra weist auf ebenso wichtige Herausforderungen bei der Entwicklung von Humanressourcen hin. Es besteht immer noch ein großer Mangel an Talenten mit interdisziplinärer Expertise in den Bereichen KI, Quantencomputing und HPC.
Initiativen wie das Texas Quantum Program erweitern zwar den Talentpool, von einer flächendeckenden Bereitschaft ist man jedoch noch weit entfernt.
Darüber hinaus erfordert die Integration von KI-, HPC- und Quantentechnologien in einheitliche Arbeitsabläufe eine komplexe Infrastrukturkoordination, die die Bereitstellung verlangsamt. Auch die Cybersicherheit wird immer komplexer, da diese Hybridsysteme aus mehreren Richtungen angegriffen werden können.
Bahnbrechende Anwendungen warten
Das Potenzial hybrider Supercomputersysteme ist nicht nur theoretisch. Praktische Anwendungen werden in rasantem Tempo entwickelt, von der Arzneimittelforschung bis zur Klimamodellierung, von der Finanzoptimierung bis zur Entwicklung fortschrittlicher Materialien.
Im medizinischen Bereich können Hybridsysteme komplexe molekulare Reaktionen simulieren, um schneller und genauer neue pharmazeutische Verbindungen zu finden.
Im Hinblick auf den Klimawandel wird die Fähigkeit, globale Klimamodelle mit hoher Auflösung zu verarbeiten, den Wissenschaftlern dabei helfen, extreme Wetterereignisse besser vorherzusagen und darauf zu reagieren.
Im Finanzwesen könnten Quantenoptimierungsalgorithmen die Risikoanalyse und das Portfoliomanagement revolutionieren. Und in der Materialforschung könnte die Fähigkeit, atomare Strukturen auf einem beispiellosen Niveau zu simulieren, den Weg für supraleitende Materialien, Hochenergiebatterien und fortschrittliche Legierungen ebnen.
Um diese Vision zu verwirklichen, betonte Dongarra, wie wichtig der Aufbau der richtigen Infrastruktur sei. Dazu gehöre nicht nur fortschrittliche Hardware, sondern auch Middleware zur Integration von Quantenschaltkreisen in klassische Computerressourcen.
Japans Supercomputer ABCI-Q (Foto: Wccftech).
Supercomputing-Zentren auf der ganzen Welt setzen diese hybride Infrastruktur aktiv ein. Japans Global Research and Development Center for Quantum-AI Business Technology (G-QuAT) mit seinem ABCI-Q-Supercomputer, der mit 2.020 Nvidia H100-GPUs ausgestattet ist, integriert mit Fujitsus supraleitenden Quantenprozessoren, QuEra-Neutralatomprozessoren und OptQC-Photonikprozessoren.
Auch europäische Projekte wie der deutsche Supercomputer Jupiter, der japanische Fugaku und der polnische PSNC haben mit der Integration von Quantencomputer-Hardware begonnen. Dänemarks Ankündigung, in Zusammenarbeit mit Microsoft und Atom Computing den Quanten-Supercomputer Magne mit zunächst 50 logischen Qubits zu bauen, spiegelt diesen globalen Trend wider.
Machen Sie sich bereit für eine neue Ära, die beginnt
Dongarra prognostiziert, dass es im Zeitraum 2025–2030 zu einer explosionsartigen Zunahme hybrider Quanten-KI-Anwendungen kommen wird.
Zu den ersten Anwendungsfällen gehören quantengenerative kontradiktorische Netzwerke für die Arzneimittelforschung, bestärkendes Lernen auf Basis von Quanten-Subroutinen und quantenverstärkte Optimierungslöser für die Anwendung auf reale Logistikprobleme.
IBM erwartet mit seiner Quanten-Roadmap in diesem Jahr bedeutende Durchbrüche und die Beseitigung einiger der größten Hindernisse für die Skalierung von Quantenhardware.
Bis 2026 wird IBMs Kookaburra-Chip ein 4.158-Qubit-System schaffen und damit einen großen Sprung nach vorne in der Quantencomputer-Fähigkeit darstellen.
Jack Dongarras Vision von der Zukunft des Supercomputings ist nicht nur eine wissenschaftliche Vorhersage, sondern auch ein Aufruf zum Handeln. Die Kombination aus klassischem, Quanten- und KI-Computing wird beispiellose Rechenkapazitäten schaffen und die Tür zur Lösung der größten Herausforderungen der Menschheit öffnen.
Wie Jack Dongarra sagte, treten wir in ein neues Zeitalter der Computertechnik ein, in dem die Grenzen zwischen dem Möglichen und dem Unmöglichen völlig neu definiert werden. Die Frage ist nicht, ob dies geschieht, sondern ob wir bereit sind, diese Chance zu nutzen.
Quelle: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cach-ai-luong-tu-va-tinh-toan-co-dien-dinh-hinh-lai-sieu-may-tinh-20250807140924177.htm
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