Kennzahlen für die Leistung von Computern und die Kapazität von Speichersystemen

Kennzahlen für die Leistung von Computern und die Kapazität von Speichersystemen

Messung der Computerleistung in FLOPS

Die Leistungsfähigkeit von Supercomputern (z. B. die Forschungs-Supercomputer) wird durch eine Standardrate ausgedrückt, die die Anzahl der Gleitkommaberechnungen angibt, die Systeme pro Sekunde durchführen können. Die Rate, Gleitkommaoperationen pro Sekunde, wird als FLOPS abgekürzt.

Anmerkung:
Das "S" in der Abkürzung "FLOPS" steht für "second" (Sekunde) und wird in Kombination mit "P" (für "per") verwendet, um eine Rate wie "miles per hour" (MPH) oder Gigabit pro Sekunde (Gbps) anzugeben. Die Sekundenrate "FLOPS" wird häufig fälschlicherweise als Pluralform von "FLOP" (kurz für "floating-point operation") interpretiert.

Computerhersteller und Dienstleistungsanbieter geben die theoretische Spitzenleistung (Rpeak) ihrer Systeme in der Regel in FLOPS an. Die Rpeak eines Systems wird berechnet, indem man die Anzahl der Prozessoren mit der Taktfrequenz der Prozessoren multipliziert und dieses Produkt dann mit der Anzahl der Gleitkommaoperationen multipliziert, die die Prozessoren in einer Sekunde bei Standard-Benchmark-Programmen wie den LINPACK DP TPP- und HPC Challenge (HPCC)-Benchmarks und den SPEC-Benchmarks für Ganzzahl- und Gleitkommaoperationen durchführen können.

Messung der Speicherkapazität in Bytes

Die Speicher- und Arbeitsspeicherkapazität von Computern wird in Einheiten ausgedrückt, die Bits und Bytes genannt werden. Ein Bit ist die kleinste Maßeinheit für digitale Informationen in der Datenverarbeitung. Ein Byte ist die Anzahl der Bits, die eine bestimmte Computerarchitektur benötigt, um ein einzelnes Textzeichen zu speichern. Folglich kann die Anzahl der Bits in einem Byte von Computerplattform zu Computerplattform unterschiedlich sein. Aufgrund der überwältigenden Beliebtheit bestimmter großer Computerplattformen ist das 8-Bit-Byte jedoch zum internationalen Standard geworden, der von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC ) festgelegt wurde.

Ein großes "B" wird für die Abkürzung von "Byte(s)" verwendet, ein kleines "b" für die Abkürzung von "Bit(s)". Dieser Unterschied kann zu Verwirrung führen. So werden beispielsweise Dateigrößen üblicherweise in Byte angegeben, während die Download-Geschwindigkeit für elektronische Daten üblicherweise in Bits pro Sekunde angegeben wird. Bei einer Download-Geschwindigkeit von 10 Megabit pro Sekunde (Mbps) könnte man fälschlicherweise annehmen, dass eine 100-MB-Datei in nur 10 Sekunden heruntergeladen wird. 10 Mbit/s entsprechen jedoch nur 1,25 MB pro Sekunde, d. h. das Herunterladen einer 100-MB-Datei würde mindestens 80 Sekunden dauern.

Präfixe zur Darstellung von Größenordnungen

Größenordnungen (zur Basis 10) werden mit metrischen Standardpräfixen ausgedrückt, die auf einzelne Zeichen abgekürzt werden, wenn sie anderen Abkürzungen wie FLOPS und B (für Byte) vorangestellt werden:

PräfixAbkürzungGrößenordnung
(Faktor von 10)
RechnerleistungSpeicherkapazität
gigaG109gigaFLOPS
(GFLOPS)
gigabyte
(GB)
teraT1012teraFLOPS
(TFLOPS)
gigabyte
(GB)
petaP1015petaFLOPS
(PFLOPS)
petabyte
(PB) 
exaE1018exaFLOPS
(EFLOPS)
exabyte
(EB)
zettaZ1021zettaFLOPS
(ZFLOPS)
zettabyte
(ZB)
yottaY1024yottaFLOPS
(YFLOPS)
yottabyte
(YB)

Anmerkung:
Diese Präfixe werden auch verwendet, um den Umfang und die Komplexität der Berechnungs- und Analysemethoden zu verdeutlichen, die bei der Arbeit mit Supercomputern zum Einsatz kommen, zum Beispiel:

  • Teraskala: Bezieht sich auf Methoden und Verfahren zur Verwendung von Supercomputern, die mindestens 1 TFLOPS leisten können, oder auf Speichersysteme, die mindestens 1 TB speichern können.
  • Petaskala: Bezieht sich auf Methoden und Prozesse für den Einsatz von Supercomputern, die mindestens 1 PFLOPS leisten können, oder auf Speichersysteme, die mindestens 1 PB speichern können
  • Exascale: Bezieht sich auf Methoden und Prozesse für den Einsatz von Supercomputern mit einer Leistung von mindestens 1 EFLOPS oder Speichersystemen mit einer Speicherkapazität von mindestens 1 EB

Größenordnungen der Computerleistung

GigaFLOPS

Ein Computersystem mit 1 GigaFLOPS (GFLOPS) ist in der Lage, eine Milliarde (109) Gleitkommaoperationen pro Sekunde durchzuführen. Um die Leistung eines 1 GFLOPS-Computersystems in nur einer Sekunde zu erreichen, müsste man 31,69 Jahre lang jede Sekunde eine Berechnung durchführen.

TeraFLOPS

Ein 1 TeraFLOPS (TFLOPS)-Computersystem ist in der Lage, eine Billion (1012) Gleitkommaoperationen pro Sekunde durchzuführen. Die Rate 1 TFLOPS entspricht 1.000 GFLOPS. Um zu erreichen, was ein 1 TFLOPS-Computersystem in einer Sekunde leisten kann, müsste man 31.688,77 Jahre lang jede Sekunde eine Berechnung durchführen.

PetaFLOPS

Ein 1 PetaFLOPS (PFLOPS)-Computersystem ist in der Lage, eine Billiarde (1015) Gleitkommaoperationen pro Sekunde auszuführen. Die Rate 1 PFLOPS entspricht 1.000 TFLOPS. Um zu erreichen, was ein 1 PFLOPS-Computersystem in einer Sekunde leisten kann, müsste man 31.688.765 Jahre lang jede Sekunde eine Berechnung durchführen.

ExaFLOPS

Ein Computersystem mit 1 exaFLOPS (EFLOPS) ist in der Lage, eine Quintillion (1018) Gleitkommaoperationen pro Sekunde auszuführen. Die Rate 1 EFLOPS entspricht 1.000 PFLOPS. Um die Leistung eines 1 EFLOPS-Computersystems in nur einer Sekunde zu erreichen, müsste man 31.688.765.000 Jahre lang jede Sekunde eine Berechnung durchführen.

Größenordnungen der Speicherkapazität

Gigabyte

Ein Gigabyte entspricht einer Milliarde Bytes. Auf eine einseitige DVD passen 4,7 GB Daten.

Terabyte

Ein Terabyte entspricht einer Billion (eintausend Milliarden) Bytes oder 1.000 GB. Um 1 TB an Daten zu speichern, bräuchte man etwa 213 einseitige DVDs (ein Stapel ist etwa 255,6 mm hoch).

Petabyte

Ein Petabyte entspricht einer Quadrillion (eintausend Billionen) Bytes oder 1.000 TB. Um 1 PB an Daten zu speichern, bräuchte man etwa 212.766 einseitige DVDs (ein Stapel, der etwa 255,3 Meter hoch ist).

Exabyte

Ein Exabyte entspricht einer Quintillion (eintausend Quadrillionen) Bytes oder 1.000 PB. Um 1 EB zu speichern, bräuchte man etwa 212.765.958 einseitige DVDs (ein Stapel, der etwa 255,3 Kilometer hoch ist).