Supercomputing, KI und digitale Zwillinge: Ein vollständiger Leitfaden auf Spanisch

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Supercomputing und künstliche Intelligenz sind die derzeit spannendste Kombination in der Technologiebranche. Wir sprechen nicht mehr nur von riesigen Rechenzentren in wissenschaftlichen Bunkern, sondern von Maschinen, die digitale Zwillinge des Planeten, des menschlichen Herzens oder einer ganzen Stadt erstellen können, und sogar von Desktop-Supercomputern, die (mehr oder weniger) unter einen Schreibtisch passen.

Gleichzeitig erleben wir einen Phasenwechsel in der KI: Vom Boom des Trainings gigantischer Modelle hin zur Inferenz – also der Nutzung dieser Modelle in vollem Umfang für alltägliche Aufgaben. Hardwarehersteller, Forschungszentren und Universitäten konkurrieren nun darum, alles anzubieten, von Supercomputing-Zentren wie dem Barcelona Supercomputing Center (BSC) oder dem europäischen LUMI bis hin zu kompakten Servern und KI-fähigen PCs, die eine Art „Mini-Supercomputer“ auf den Schreibtisch bringen.

Was ist Supercomputing eigentlich und wie wird seine Leistung gemessen?

Wenn wir von Supercomputing sprechen, meinen wir nicht einfach einen leistungsgesteigerten PC, sondern Cluster aus Tausenden von Computern, die koordiniert zusammenarbeiten, als wären sie ein einziger Rechner. Jeder dieser Computer ist ein Knotenpunkt mit eigenen CPUs, GPUs, RAM und Speicher, die alle über ultraschnelle Verbindungsnetzwerke miteinander verbunden sind, um die Latenz – den größten Leistungsfeind – zu minimieren.

Die Leistung dieser Maschinen wird in FLOPS (Gleitkommaoperationen pro Sekunde) angegeben . Ein leistungsstarker Heimcomputer erreicht im TeraFLOPS-Bereich (TFLOPS). Im Supercomputing spielen wir in einer anderen Liga: Hier spricht man üblicherweise von PetaFLOPS ( ^10¹⁵ Operationen pro Sekunde) und bei den fortschrittlichsten Systemen sogar von ExaFLOPS ( ^10¹⁸ ). Frontier in den USA durchbrach als erstes Unternehmen offiziell die Exascale-Grenze.

Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Ein moderner Supercomputer kann in einer Stunde das berechnen, wofür ein Heimcomputer Jahre bräuchte . Diese unglaubliche Rechenleistung ermöglicht es uns, alles zu simulieren – von Hurrikanen bis hin zur Proteindynamik – oder KI-Modelle mit Billionen von Parametern zu trainieren.

Wie sehen Supercomputer physisch aus und warum benötigen sie so viel Kühlung?

Optisch unterscheidet sich ein Supercomputer grundlegend von einem herkömmlichen Desktop-PC. Er ähnelt meist einem Raum voller Metallschränke , die jeweils Hunderte oder Tausende von Prozessoren, GPUs und Festplatten enthalten. Die Leistung ist so immens, dass der Energieverbrauch mehrere Megawatt erreichen kann , wobei ein erheblicher Teil dieser Energie als Wärme verloren geht.

Deshalb benötigen diese Systeme spezielle Räume mit extremer Kühlung : industrielle Klimatisierung, Warm- und Kaltgänge, direkte Flüssigkeitskühlung des Chips und sogar innovative Lösungen zur Nutzung der Abwärme. In der Schweiz beispielsweise wird die Abwärme eines Supercomputers zur Beheizung von Universitätsgebäuden genutzt – ein Problem wird so zum Vorteil.

In einigen Fällen kommen hochentwickelte Sicherheits- und Schutzsysteme zum Einsatz, beispielsweise Glasgehäuse mit speziellen Feuerlöschanlagen , die mit mikronisiertem Wasser arbeiten, um Brände zu löschen, ohne die Elektronik zu beschädigen. So auch beim ursprünglichen MareNostrum in Barcelona, ​​der in der Kapelle der Polytechnischen Universität Katalonien installiert ist: wohl einer der Supercomputer mit den ungewöhnlichsten Standorten weltweit.

Die digitale Zwillingsrevolution: von der Erde zum menschlichen Herzen

Die Kombination aus Supercomputing und KI treibt ein Schlüsselkonzept voran: digitale Zwillinge . Dabei handelt es sich nicht einfach um virtuelle Modelle, sondern um dynamische Abbilder, die reale Daten nahezu in Echtzeit integrieren, um Vorgänge in der physischen Welt zu simulieren, vorherzusagen und zu optimieren.

In Europa fördert die Europäische Kommission das Programm „Destination Earth“ (DestinE) , das innerhalb weniger Jahre einen hochpräzisen digitalen Zwilling der Erde entwickeln soll. Dank Supercomputern wie LUMI , dem leistungsstärksten in der Europäischen Union, lassen sich hochauflösende, langfristige Klimasimulationen durchführen, die Atmosphäre, Ozeane und Landoberfläche mit einem Detaillierungsgrad abbilden, der bis vor Kurzem nur mit sehr kurzfristigen Wettermodellen erreichbar war.

Laut Utz-Uwe Haus, Leiter des HPE HPC/AI EMEA Research Lab, ermöglicht diese Technologie ein besseres Verständnis von Extremereignissen für das Katastrophenmanagement, die Untersuchung von Klimawandelszenarien und die Bewertung der Auswirkungen von Gletschern, Meereis, Vegetation und Aerosolen auf das globale Klima. Sie ermöglicht aber auch etwas sehr Praktisches: die äußerst präzise Vorhersage lokaler Auswirkungen wie durchschnittlicher Niederschläge, Dürren oder Überschwemmungen im Maßstab einer Region oder Stadt.

Dies hat direkte Auswirkungen auf die Agrarplanung (welche Nutzpflanzen in einem bestimmten Gebiet angebaut werden können und mit welchem ​​Risiko), auf Investitionen in erneuerbare Energien (Vorhersage von Sonnenstunden und Wind über Jahrzehnte) und auf die Infrastrukturplanung. Es ist ein anschauliches Beispiel dafür, wie Supercomputing aufhört, etwas Abstraktes zu sein, und beginnt, ganz konkrete wirtschaftliche Entscheidungen zu beeinflussen.

Digitale Zwillinge in Städten, Flüssen und Häfen

Digitale Zwillinge beschränken sich nicht auf das globale Klima. Die Metropolregion Barcelona verfügt über einen digitalen Zwilling ihrer 164 Gemeinden, der die Simulation von Stadt-, Wirtschafts-, Mobilitäts-, Wohnungs- und Wissensszenarien für die kommenden Jahrzehnte ermöglicht. Strategien und Pläne können an diesem virtuellen Abbild getestet werden, bevor Entscheidungen in der realen Welt getroffen werden.

Im Bereich des Hafen- und Binnenschifffahrtssektors entwickelt der Hafen von Sevilla im Rahmen seines Digitalisierungsplans Guadaltwin, einen digitalen Zwilling des Guadalquivir-Flusses. Dieses System integriert KI und maschinelles Lernen, um Vorhersagen und Entscheidungen in Bezug auf Schiffsverkehr, Tiefgangmanagement, Gezeiten, Infrastruktur und Sicherheit zu verbessern .

Selbst in scheinbar so unterschiedlichen Bereichen wie der Hochenergiephysik und der Modebranche halten digitale Zwillinge Einzug. Das CERN erforscht den Einsatz dieser Modelle in seinen Teilchenphysikexperimenten, der Robotik und Kühlsystemen, während Unternehmen wie H&M digitale Repliken von Models für Werbekampagnen erstellt haben, was Debatten über Bildrechte und die Zukunft kreativer Arbeit auslöste.

Der menschliche Körper als nächster großer digitaler Zwilling

Eine der größten Herausforderungen liegt im Gesundheitswesen. Teams wie das von Steven Niederer am Imperial College London arbeiten an digitalen Zwillingen individueller Herzen mit ihrer spezifischen Form, Größe und Funktion. Diese Modelle ermöglichen die Simulation von Operationen und Behandlungen ohne Risiko für den Patienten und werden bereits in klinischen Studien und der Interventionsplanung eingesetzt.

Forscher wie Andreu Climent und María de la Salud Guillem von der Polytechnischen Universität Valencia sind überzeugt, dass diese digitalen Herzabbilder der Schlüssel zur Behandlung komplexer Herzrhythmusstörungen, zur Entscheidung, wer von einem implantierbaren Defibrillator profitiert, und zur Vorhersage des Risikos eines plötzlichen Herztodes sein werden. Das langfristige Ziel ist sogar noch ambitionierter: die Entwicklung eines vollständigen digitalen Zwillings des menschlichen Körpers , der es ermöglicht, Therapien zu testen, Medikamentendosierungen anzupassen und die Medizin umfassend zu personalisieren.

KI, Supercomputing und der Übergang vom Training zur Inferenz

Jahrelang floss der Großteil der KI-Investitionen in das Training immer größerer Modelle, insbesondere im Bereich der generativen KI. Heute verlagert sich der Fokus eindeutig hin zur Inferenz : dem kontinuierlichen Einsatz dieser Modelle in großem Umfang in der Produktion und zu geringeren Kosten pro Operation.

Dieser Wandel war auf der CES 2026 deutlich zu erkennen . Hersteller wie Lenovo stellten Server vor, die speziell für Inferenzprozesse entwickelt wurden, wie beispielsweise den ThinkSystem SR675i, SR650i und ThinkEdge SE455i , die KI-Modelle in der Nähe der Datenquelle, am sogenannten Edge , ausführen können.

Origin PC, jetzt Teil des Corsair-Ökosystems, hat das S-Class Edge AI Developer Kit vorgestellt – eine kompakte, sofort einsatzbereite Plattform für die KI-Entwicklung am Netzwerkrand. Die Idee dahinter: Kleine Entwicklungs- oder Forschungsteams können KI testen und einsetzen, ohne ständig auf die Cloud oder große externe Rechenzentren angewiesen zu sein.

Die meisten PC-Hersteller, die auf der CES vertreten waren, gingen den gleichen Weg: Acer mit seiner RA100 AI Mini-Station und seinen aktualisierten Veriton-Desktops; LG GRAM mit dualen KI-Funktionen (lokal + Cloud); Asus mit einer Reihe neuer Vivobooks und dem Convertible ProArt PX13, das sich an Kreative richtet, die mit KI arbeiten; Dell, das die XPS- Reihe für KI-Workloads aktualisiert ; und HP, das EliteBook, EliteBoard, Omnibook und OmniStudio aktualisiert, die alle über KI-Beschleunigung und Datenleistung verfügen.

Supercomputing für den Desktop: der „Desktop-Supercomputer“

Ein besonders interessanter Trend ist das lokale Supercomputing . Dabei handelt es sich um Rechner, die zwar nicht die Dimensionen eines nationalen Rechenzentrums erreichen, aber dennoch unglaubliche Rechenleistung im Desktop-Format bieten. Auf der CES 2026 präsentierte Gigabyte (über seine Tochtergesellschaft Giga Computing) den Gigabyte W775-V10 , einen echten „Desktop-Supercomputer“.

Dieses System integriert unter anderem den NVIDIA AI-Stack und den NVIDIA GB300 Grace Blackwell Ultra Desktop- Beschleuniger. Ziel ist es, KI-Teams das Training und die Inferenz komplexer Modelle zu ermöglichen, ohne auf die Cloud oder externe Rechenzentren angewiesen zu sein, und gleichzeitig die vollständige Kontrolle über die Daten und die Laufzeitumgebung zu gewährleisten.

Parallel dazu diente die CES dazu, das Ökosystem der Komponenten aufzufrischen: neue Intel Core Ultra CPUs , neue AMD Ryzen Prozessoren, Qualcomms Snapdragon X2 Plus Chip , Kioxias BG7 SSDs, fortschrittlicher DDR5-Speicher von Gigabyte und aktualisierte Motherboards von MSI, die alle für datenintensive und KI-intensive Workloads ausgelegt sind.

Im Bereich der Peripheriegeräte präsentierten Marken wie Corsair ihre neuesten High-End-Mäuse und -Tastaturen, während Anker, eufy und Soundcore den Fokus auf vernetzte Geräte legten. Auch einige interessante Gadgets wurden vorgestellt, wie beispielsweise der Plaud Notepin S , ein kleines, KI-gestütztes Notizgerät.

Wofür werden Supercomputer heute eingesetzt: von COVID bis zur Luftqualität?

Supercomputer werden fast immer für fortgeschrittene Forschung in Bereichen eingesetzt, in denen ein normaler PC buchstäblich ewig für Berechnungen bräuchte. Zu ihren klassischen Anwendungsgebieten zählen Meteorologie und Klimaforschung , Erdbebensimulation, Forschung in Astrophysik, Geophysik, Biologie, Medizin, Wirkstoffentwicklung und Luft- und Raumfahrttechnik.

Während der COVID-19-Pandemie wurden mehrere Supercomputer eingesetzt, um das Verhalten viraler Proteine ​​zu simulieren, Molekülkombinationen zu testen und die Suche nach Medikamenten zu beschleunigen. Mithilfe massiver Simulationen konnten Forscher wenig erfolgversprechende Ansätze verwerfen und ihre Bemühungen auf die Verbindungen mit der höchsten Erfolgswahrscheinlichkeit konzentrieren.

Zentren wie das Barcelona Supercomputing Center haben sehr konkrete Beispiele aufgezeigt: Mithilfe von Sensordaten und Fluiddynamikmodellen trainierten sie neuronale Netze, um Müllverbrennungsanlagen zu steuern und die Brennstoffnutzung durch Emissionsreduzierung zu verbessern; oder um die Luftqualität in Großstädten auf der Grundlage jahrelanger historischer Daten mit bemerkenswerter Genauigkeit vorherzusagen.

Ein weiteres eindrucksvolles Beispiel ist AlphaFold , das System von DeepMind zur Vorhersage der Proteinfaltung anhand ihrer Aminosäuresequenz. Dieses Nobelpreis-verdächtige Problem profitierte von der rasanten Entwicklung durch die Kombination von KI, Big Data und Supercomputing . Die Auswirkungen auf die Biomedizin und die Wirkstoffentwicklung waren enorm, sodass bereits Zehntausende Forscher weltweit die Ergebnisse täglich nutzen.

Häufige Anwendungsbereiche von Supercomputern

• Wetter- und Klimavorhersage mittel- und langfristig.
• Simulation von Erdbeben, Tsunamis und Naturgefahren um Schäden zu minimieren.
• Konstruktion und Erprobung von Flugzeugen, Fahrzeugen und Raketen unter Verwendung aerodynamischer Modelle.
• Wirkstoffforschung und -entwicklung und molekulare Interaktionsstudien.
• Astrophysik und Kosmologie: Entstehung von Galaxien, Sternen und Schwarzen Löchern.
• Luftqualität und atmosphärische Zusammensetzung in Regionen und Städten.
• Big Data und soziale Simulation: kulturelle Evolution, Bevölkerungsbewegungen, intelligente Städte.
• Sicherheit und VerteidigungVon der Simulation von Atomwaffen bis hin zu digitalen Zwillingen von Radaranlagen und komplexen Systemen:

Wo befinden sich die großen Supercomputer und welche Rolle spielt Spanien dabei?

Die Top500 -Liste erstellt und ordnet seit 1993 zweimal jährlich die 500 leistungsstärksten Supercomputer der Welt. Obwohl China die meisten Systeme auf dieser Liste stellt, behalten die Vereinigten Staaten die Führung in Bezug auf die gesamte Rechenleistung , insbesondere mit Maschinen wie Frontier.

Zu den aktuellen Marktführern zählen Fugaku in Japan, das jahrelang führend war; Summit und Sierra in den USA; sowie Sunway TaihuLight und Tianhe-2A in China, die ebenfalls einst die Spitzenposition innehatten. Italien beheimatet Systeme wie HPC5 und Marconi-100 , und die Schweiz kann mit Piz Daint aufwarten , einem langjährigen Marktführer in Europa.

In Spanien gilt MareNostrum am Barcelona Supercomputing Center als Benchmark . Seit seiner ersten Version im Jahr 2004 mit rund 42,4 TeraFLOPS wurde es bis zum aktuellen MareNostrum 4 mit etwa 13,7 PetaFLOPS skaliert . Die nächste Generation, MareNostrum 5, wird einen Quantensprung in Bezug auf Leistung und Energieverbrauch darstellen und ist Teil der europäischen Strategie zum Aufbau einer Exascale-Infrastruktur.

Ein besonders wichtiges Netzwerk ist das spanische Supercomputing-Netzwerk (RES) , das Zentren und Rechner aus verschiedenen autonomen Gemeinschaften zusammenführt und Forschern im ganzen Land Dienstleistungen anbietet. Darauf aufbauend wurde auch ein iberoamerikanisches Supercomputing-Netzwerk geschaffen , das Ressourcen aus Ländern wie Mexiko und anderen lateinamerikanischen Partnern für gemeinsame Projekte verbindet.

Auf regionaler Ebene stechen Einrichtungen wie der Supercomputer Picasso an der Universität Málaga hervor, der über rund 40.000 Rechenkerne und 180 TB RAM verfügt. Picasso steht sowohl Forschern der Universität selbst als auch andalusischen Nutzern über die Andalusische Bioinformatik-Plattform sowie Wissenschaftlern aus ganz Spanien über das RES (Spanisches Netzwerk für Bioinformatik) zur Verfügung.

Diese Systeme laufen fast immer auf Linux oder dessen Derivaten, da diese Open Source sind, stabil arbeiten und im Vergleich zu anderen kommerziellen Betriebssystemen wenig Ressourcen verbrauchen. Auf dieser Grundlage wurde ein spezialisiertes und ausgereiftes Ökosystem aus wissenschaftlichen Werkzeugen, Programmierumgebungen und KI-Bibliotheken aufgebaut.

Referenzzentren: Das Barcelona Supercomputing Center und der europäische Wettlauf um eigene Hardware

Das Barcelona Supercomputing Center (BSC) zählt zu den führenden europäischen Einrichtungen im Bereich Supercomputing und Rechnerarchitekturforschung. Unter der jahrzehntelangen Leitung von Mateo Valero hat sich das BSC von der Verwaltung eines einzigen Supercomputers zu einem Zentrum mit über tausend Mitarbeitern aus mehr als 50 Ländern entwickelt, die in den Abteilungen Informatik, Lebenswissenschaften, Geowissenschaften und Sozialwissenschaften organisiert sind.

Eine der Besonderheiten von BSC ist, dass das Unternehmen nicht nur Maschinen betreibt, sondern auch eigene Software, Algorithmen und sogar Prozessoren entwickelt . Seit Jahren engagiert sich BSC in europäischen Projekten wie EuroHPC und Initiativen wie der European Processor Initiative (EPI) und der Entwicklung europäischer Chips auf Basis offener Architekturen wie RISC-V , mit dem Ziel, Europas Abhängigkeit von amerikanischen und asiatischen Herstellern zu verringern.

In Zusammenarbeit mit anderen Partnern hat das BSC Prototypen von Vektorprozessoren , ARM- und RISC-V-basierten Plattformen sowie eine ganze Familie von Designs mit Namen wie Turtle, Lizard und Chameleon entwickelt , deren Komplexität mit jeder Generation zugenommen hat. Ziel ist es, mittelfristig Chips zu entwickeln, die die Supercomputer „MareNostrum 6“ mit kritischer, in Europa entwickelter Rechentechnologie antreiben können.

Diese Bemühungen finden vor dem Hintergrund einer schwierigen Realität statt: Europa war einst an der Entwicklung eines Teils der ARM-Architektur beteiligt, doch der Verkauf von ARM an außereuropäische Unternehmen und das Fehlen eigener großer Halbleiterfertigungsanlagen haben den Kontinent in eine prekäre Lage gebracht . Zwar finden einige Initiativen, wie die Garantie der USA für die fortschrittliche Produktion von TSMC in Arizona oder die Chipfabriken, die Deutschland und Frankreich mit erheblichen öffentlichen Subventionen anziehen, auch in Spanien statt, doch steht Spanien vor der Herausforderung, Design, Fertigung und ein industrielles Ökosystem mit vergleichsweise geringeren Ressourcen zu vereinen.

In diesem Kontext umfasst die spanische Strategie die Konsolidierung von Zentren wie dem BSC, die Förderung von Netzwerken wie dem RES, die Unterstützung von Open-Chip-Projekten und die Ausbildung gefragter Fachkräfte in den Bereichen Rechnerarchitektur und KI. Es ist kein Zufall, dass – wie die Direktoren des Zentrums selbst einräumen – promovierte Wissenschaftler in diesen Bereichen Angebote aus der Privatwirtschaft mit Gehältern erhalten, die mit denen der akademischen Welt kaum mithalten können, was die Bindung von Talenten erschwert.

Parallel dazu verstärken auch andere spanische Universitäten ihre Infrastruktur, wie das Picasso-Institut in Málaga und die landesweit verteilten RES-Knoten zeigen. Diese Systeme dienen in vielen Fällen der Teilchenphysik , der Klimaforschung, dem Ingenieurwesen, der Bioinformatik und Smart-City-Projekten und beweisen damit, dass Supercomputing kein Luxus mehr ist, der nur wenigen ausgewählten Laboren vorbehalten ist.

Im Großen und Ganzen wird deutlich, dass Supercomputing sich von einer Laborrarität zu einer kritischen Infrastruktur für Klima, Gesundheit, Sicherheit, Wirtschaft und sogar für die Gestaltung von Städten, Fahrzeugen und Arzneimitteln entwickelt hat. Gleichzeitig bringen der Sprung der KI aus dem Labor in die Produktion und der Aufstieg digitaler Zwillinge einen Teil dieser Leistungsfähigkeit auf spezialisierte Server und sogar auf die Rechner von Ingenieuren und Wissenschaftlern. So entsteht ein Szenario, in dem Supercomputing keineswegs verschwindet, sondern zunehmend in unseren Alltag integriert wird, selbst wenn wir es oft nicht bemerken.