Alps (Computer)

Der Alps Computer ist ein von der Schweizerischen Eidgenossenschaft über den ETH-Bereich finanzierter Hochleistungsrechner mit Hauptstandort in Lugano. Er ist Teil des Centro svizzero di calcolo scientifico, welches Rechendienstleistungen für ausgewählte wissenschaftliche Kunden erbringt.^[1]

Das Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) wurde 1991 gegründet. Dieses Zentrum betreibt ein User Lab für Rechendienstleistungen. Beispiele in der Vergangenheit waren die Analyse von Daten des Large Hadron Collider (LHC) bei CERN, Datenspeicherung des X-ray-Lasers SwissFEL des Paul Scherrer Instituts sowie Simulationen für Wetterprognosen durch MeteoSwiss.^[2] Diese Rechendienstleistungen wurden im Laufe der Zeit durch immer leistungsfähigere Rechenanlagen erbracht.^[3] Ab 2020 und der Inbetriebnahme eines ersten Hochleistungsrechners HPE Cray EX findet der Name Alps für die neuen Rechner Verwendung. Am 14. September 2024 wurde der neueste Supercomputer Alps HPE Cray EX254n eingeweiht. Schon im Vorfeld wurde die geplante Leistung von Alps damit beschrieben, dass der neue Supercomputer das Training für das LLM GPT-3 von OpenAI in zwei Tagen durchführen könnte.^[4][5][6] Der neue Supercomputer erreicht eine Leistung von 435 Petaflops pro Sekunde, was 435 Billiarden Operationen pro Sekunde bedeutet. 2024 ist er damit auf Rang 8 (TOP500-Liste) der weltweit schnellsten Computer,^[7] wobei allerdings die hausinternen Rechner von Meta, Microsoft, Alphabet Inc./Google LLC und Oracle wohl noch leistungsfähiger sind, jedoch deren Leistung nicht bekannt ist. Ein Panel aus Experten verschiedener Naturwissenschaften entscheidet, wer den neuen Rechner benutzen darf. Bereits bewilligt wurde die Nutzung durch eine Forschungskollaboration der EPFL und des Yale Institute for Global Health. Diese Forschungsgruppe nutzt ein Open-Source-KI-Modell von Meta und trainierte es auf der Alps-Infrastruktur mit Gesundheitsdaten aus der Forschung.^[1] Mit Alps erhalten Wissenschaftler in der Schweiz eine Infrastruktur zur Ausschöpfung vieler Möglichkeiten der Künstlichen Intelligenz (KI).

Der Alps-Computer wird als Teil der Schweizer KI-Initiative und des Swiss National AI Institute (SNAI) von der ETH Zürich und der ETH Lausanne (EPFL) genutzt. SNAI hat das erste schweizerische KI-Basismodell für Sprachen entwickelt. Dabei wird auf Transparenz, Open Source und Vertrauenswürdigkeit gesetzt.^[8]

Um moderne Supercomputer geeignet unterzubringen und zu betreiben, wurden in Lugano-Cornadero ein neuer Rechenzentrumsbau und ein danebenstehendes Bürogebäude errichtet. Der Rechenzentrumsbau besteht aus drei Stockwerken. Das unterste Stockwerk beherbergt die Basis-Infrastruktur mit der primären Strom- und Wasserverteilung sowie einer Notstromversorgung mittels Batterien. Die Kühlung der Computer und im Sommer der Gebäude erfolgt mit Seewasser des Luganersees. Aus 45 m Seetiefe wird 460 Liter kaltes Seewasser pro Sekunde über 2,8 km lange Rohre dem Rechenzentrum zugeführt. Dort kühlt es über einen Wärmeaustauscher den internen Kühlkreislauf des Computers.^[9] Im mittleren Stockwerk erfolgt die Sekundärverteilung mittels Stromverteilungseinheiten, welche flexible Installation der darüberliegenden Rechner erlaubt. Im obersten Stockwerk befinden sich die Rechner.^[10] Der neueste Alps-Parallelrechner wurde von der Firma Hewlett Packard Enterprise (HPE) geliefert, welche 2019 das auf Supercomputer spezialisierte Unternehmen Cray als Tochterfirma übernommen hat. Er ist auf einer Fläche von 2000 m² installiert. Die Gesamtkosten betrugen etwa 100 Millionen CHF.

Die erzielte hohe Rechengeschwindigkeit beruht auf einer engen Kopplung von Hauptprozessoren (CPUs) mit Grafikprozessoren (GPUs) und dem raschen Zugriff auf zugeordnete Speicher, welche gruppenweise auf demselben Superchip angeordnet sind.^[11] Als CPUs werden bei diesem Nvidia-Chip unter dem Namen Grace 72 ARMv9-Neoverse-V2-Prozessoren verwendet, welche RISC-Prozessoren sind. Davon sind in diesem Rechner verteilt über mehrere Schränke insgesamt 6400 × 72 = 460'800 Kerne vorhanden. Die 132 GPUs tragen den Namen Hopper H100 Tensor Core.^[12] Davon gibt es insgesamt 6400 × 132 = 844'800 Kerne. Auf einem monolithischen Superchip sind die genannten 72 CPUs und 132 GPUs integriert und werden zu Ehren der US-amerikanischen Computerpionierin Grace Hopper als Grace Hopper GH200 bezeichnet. Die Daten werden zwischen Servern über Slingshot-11 ausgetauscht, einem Ethernet-Netzwerk.^[13]

Für unterschiedliche Anwendungen erarbeitet ein Team von CSCS spezielle Software. Die elektrische Leistungsaufnahme des Rechners bei Volllast beträgt 10 MW. Man rechnet mit Kosten von etwa 15 Mio. CHF pro Jahr für die Elektrizität.^[11]

1. ↑ ^{a b} Gioia da Silva: ETH weiht einen der modernsten KI-Supercomputer der Welt ein. In: NZZ, 14. September 2024. Abgerufen am 17. September 2024.
2. ↑ About CSCS. cscs.ch. Abgerufen am 17. September 2024.
3. ↑ Computers overview. cscs.ch. Abgerufen am 17. September 2024.
4. ↑ Alp's system to advance research across climate, physics, life sciences with 7x more powerful AI capabilities than current world-leading system for AI on MLPerf. nvidia.com, 12. April 2021. Abgerufen am 17. September 2024.
5. ↑ Benedikt Schwan: Nvidia: Die KI aus dem Monstercomputer. In: Zeit Online. 1. Juni 2023, abgerufen am 17. September 2024. 
6. ↑ Neue Forschungsinfrastruktur: ‘Alps’ Supercomputer eingeweiht. ETH Zürich, 14. September 2024. Abgerufen am 17. September 2024.
7. ↑ Supercomputer Alps. Tagesschau, Schweizer Fernsehen, 14. September 2024. Abgerufen am 17. September 2024.
8. ↑ Florian Meyer, Mélissa Anchisi: ETH Zürich und EPFL vertiefen Zusammenarbeit für die KI in der Schweiz. ethz.ch, 3. Oktober 2024, abgerufen am 4. Oktober 2024
9. ↑ Seewasser kühlt Supercomputer. cscs.ch 2015, abgerufen am 25. September 2024
10. ↑ Innovativer CSCS-Neubau in Lugano. cscs.ch 2015, abgerufen am 25. September 2024
11. ↑ ^{a b} Ruth Fulterer und Sven Titz: Die Schweiz bekommt den weltweit modernsten Supercomputer für künstliche Intelligenz – so funktioniert er. In: NZZ, 24. Dezember 2023, abgerufen am 19. September 2024
12. ↑ Datasheet: NVIDIA GH200 Grace Hopper Superchip. nvidia.com, abgerufen am 28. September 2024
13. ↑ TOP500: Alps, top500.org, abgerufen am 27. September 2024