Was ist die schnellste GPU der Welt?

Die schnellste GPU der Welt

Im Folgenden stellen wir die derzeit leistungsfähigste und schnellste GPU für HPC-Anwendungen vor, die MI100 Instinct von AMD. Zunächst erläutern wir jedoch GPUs im Allgemeinen.

GPUs im Überblick

Mit der gestiegenen Rechenleistung von Grafikprozessoren (Graphics Processing Unit, GPU) vollzog sich auch ein Paradigmenwechsel:
Durch die bessere Leistung im Vergleich zu CPUs bei paralleler Verarbeitung sind moderne GPUs zunehmende in den Fokus wissenschaftlicher, rechenintensiver Aufgaben gerückt. Diese Verwendung bezeichnet man als „General Purpose Computation on Graphics Processing Units“ (GPGPU), „GPU Computing“ oder „heterogenes Rechnen“ bzw. auch „wissenschaftliches Rechnen“. Mit GPUs wurde die Rechenleistung erheblich erhöht, so sind GPUs inzwischen in der Lage, mit doppelter Genauigkeit zu rechnen. Die offene Programmierplattform OpenCL für CPU- und GPU-Programme ergänzt CUDA.

Die rasante GPU-Entwicklung wurde im Wesentlichen durch die Computerspiele-Szene in den letzten fünf bis zehn Jahren vorangetrieben:
Da die Inhalte von Videospielen entsprechend der jeweiligen Spielsituation berechnet werden müssen, muss die Grafikeinheit heute eine immense Rechenleistung erbringen. Es sind nicht unbedingt die einzelnen Berechnungen, die komplex sind, sondern die schiere Menge an Pixeln, die berechnet werden müssen. Die Berechnungsschritte sind für die Pixel im Wesentlichen gleich, nur die Eingabewerte unterscheiden sich.

Mit Konzepten wie „Shadern“ wurden Möglichkeiten entwickelt, einfache Ablaufschritte variabel auf den Grafikprozessoren auszuführen. Dies sind Möglichkeiten, die sich hervorragend für wissenschaftliches Rechnen nutzen lassen.

Heutzutage verwenden Forschungseinrichtungen, Cloud-Anbieter, Finanzinstitute, aber auch Filmstudios und Übersetzungstoolentwickler die gestiegene GPU-Leistung für High Performance Computing (HPC), Künstliche Intelligenz (KI), Deep Learning, 3D-Simulationen bzw. -Rendering, etc.

Die optimale Leistung wird dabei durch die Kombination von CPU und GPU erzielt, um Wetter- und Energienetzsimulationen durchzuführen, CGI-Animationen für Filme zu erstellen, große Datenvolumen (Big Data) gezielt zu analysieren, quantenphysikalische Berechnungen durchzuführen u.v.m.

GPU MI100 Instinct

Laut AMD die schnellste GPU der Welt (Quelle: AMD)

AMD hat sich hierbei einen Namen gemacht und 2020 sein bisher beeindruckendstes Flaggschiff in diesem Bereich vorgestellt – die GPU MI100 Instinct, die sich durch folgende Merkmale von Mitbewerberprodukten abhebt:

• Weltweit schnellste HPC-GPU mit bis zu 11,5 TeraFLOPS FP64-Spitzenleistung
• Entwickelt auf der CDNA-Architektur mit 120 Compute Units (7.680 Kerne)
• Offene und portable ROCm-Software-Umgebung
• Infinity Architektur der 2. Generation mit bis zu 340 GB/s an aggregierter P2P-GPU-E/A-Bandbreite
• PCIe Gen 4 x16-kompatibel
• Bis zu 46,1 TFLOPS FP32-Matrix-Spitzenleistung mit brandneuen Matrixkernen für HPC- und KI-Workloads
• Bis zu 184,6 TFLOPS FP16 und 92,3 TFLOPS bFloat16 Spitze für ultraschnelles KI-Training
• 32 GB ultraschneller HBM2-ECC-Speicher mit bis zu 1,2 TB/s Speicherbandbreite
• passiv gekühlt, belegt zwei Steckplätze
• Total Board Power (Gesamtleistungsaufnahme): 300 Watt
• Stromanschluss: PCIe-4.0-Anschluss und zwei 8-Pin-Stecker (PCIe)
• Dual-Socket-Boards mit z. B. zwei EPYC-CPUs: Platz für 2 x 4 Karten
• Preis: 6.400 US$ (laut AMD)

Der AMD Instinct MI100 Beschleuniger ist die weltweit schnellste HPC-GPU, die von Grund auf für eine neue Ära des Computing entwickelt wurde. Angetrieben von der AMD CDNA-Architektur liefern die MI100-Beschleuniger einen riesigen Sprung nach vorne in Sachen Rechen- und Interconnect-Leistung. Sie bieten eine fast 3,5-fache Leistungssteigerung bei HPC (FP32-Matrix) und eine fast 7-fache Steigerung bei AI (FP16).

Weitere Optimierungen hinsichtlich Leistung und Sicherheit sind möglich, wenn man diese herausragende Performance mit modernster Servertechnik kombiniert, wie die ProLiant Server von HPE, die derzeit als die sichersten Industrieserver gelten.
Auch die Supercomputer-Sparte Cray von Hewlett Packard Enterprises profitiert davon: mit der AMD Instinct-GPU und AMD-Prozessoren werden im Supercomputerprojekt „Frontier“ Leistungsgrenzen verschoben.
Die enge Partnerschaft von HPE und AMD sorgt für eine starke Leistung für kommerzielles HPC und auch beim Thema GPU bzw. HPC-GPU scheint AMD die bisherigen Platzhirsche NVIDIA bzw. Intel vorerst überflügelt zu haben. Es bleibt spannend, was AMD als nächsten Coup auf den Markt bringt, um seine Mitbewerber – nicht nur im Bereich GPU Computing – zu ärgern.