Die Grenzen der Innovation

Im heutigen Post von Krypto Hilfe traf ich mal wieder auf einem alten Bekannten – Markus Krall.

Markus Krall gab in einer anderen Talkrunde einmal folgendes zum Thema Innovation zum Besten:

Hätte man einen Computer mit der Technik des Jahres 1960 bauen müssen, der die Rechenkapazität die uns heute global zur Verfügung steht - dann hätte dieser Computer die Größe unseres Sonnensystems gehabt.

Ich wollte zu dieser Aussage, für eine Präsentation, etwas passendes im Netz finden wurde aber nicht fündig. Also habe ich selbst mal eine Überschlagsrechnung aller Fermi gemacht.

Hier meine damaligen Überlegungen vielleicht interessieret es den ein oder anderen:

• Was war die Technik des Jahres 1957 in Sachen Elektronik/Computer und siehe da - ebenfalls ein alter Bekannter kam zum Vorschein. RCA führte den Transistor 2N404 ein. Hier Daten aus dem Datenblatt:
  
  Datenblatt:
  0,352 x 0,25 inch
  8,941 x 6,35 mm
  Mit etwas Geometrie kann man die Oberfläche und das Volumen unseres Transtors 2N404 schnell ausrechen – ich gebe es gleich in km2 und km3 an.

Form	Formel	in mm	in km2
Kreis	F = πr^2	F= π*(8,941mm/2)2=62,79mm^2	62,79*10-12km^2
Zylinder	V = πr^2h	V= π(8,941mm/2)20,635mm=398,69mm^3	398,69*10-18km^3

• Problem: Was ist die Weltrechenleistung aktuell auf diesem Planten – Da fand ich nichts im Netz außer Infos zu dem aktuell schnellsten Computer – also nehme ich die mal
• Was ist die Rechenleistung des aktuell schnellten Computers dieser Welt (stand Januar 2020) - Summit: Model: IBM Power System AC922
  
  148.6 petaflops oder 148,600 teraflops.
  Mathematical: 148.6 *1015
  CPUs: 9216 * 22 Power9, 3.07GHz
  One CPU consists of 8,000,000,000 transistors
  GPUs: 27468 * 80 Tesla V100
  One GPU consists of 21 000 000 000 transistors

	Units	CPUs Board	Transistors	Anzahl Transistoren
CPU	9216	22	8000000000	1.622.016 * 10^15
GPU	27468	80	21000000000	4,614624 *10^16

Gesmatanzahl der Transistoren: 4,77683*10^16

Nun habe ich noch folgende Annahmen und Vereinfachung gemacht:

1. Ich werde nur die Anzahl der Transistoren berücksichtigen
2. Alle elektrischen Bauelemente wie Widerstand, Kondensatoren und Spulen ignoriere ich – ja ich weiß das macht wirklich keinen Sinn
3. Ich werde die Berechnung als Kreis und Kugel ausdrücken

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Eine Runde Platine hätte dann:

Übrigens in Volumen einer Kugel wären wir zum Vergleich zum Mount Everest

Das erstes Zwischenergebnis gibt zumindest mal eine grobe Richtung vor😉 – wir begegnen uns außerhalb der Erde. Und das schon bei einem Supercomputer – von denen es hier auf der Erde tausende gibt.

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Nächstes Jahr soll der Frontier Supercomputer mit 1.5 Exaflops von Cray and AMD kommen was eine 10 Potenz mehr wäre.
Somit hätte unsere Platine dann einen Durchmesser von 29791km – wir bewegen uns Richtung Mond

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Aber all dies ist nichts, wenn die nächste Computerrevolution die Wahrheit sein wird - die Quantencomputer
Experten meinen, der Schritt vom heutigen Computer (Jahr 2020) zur Quantencomputerzeit sollte der gleiche sein wie von 1960 bis heute (2020). Wir werden sehen.

Aber was wir gegenwärtig schon haben sind erste Messungen mit dem Quantenprozessor Sycamore von Google. Dieser Prozessor löste ein Problem in 200 Sekunden, wofür der SUMMIT-Computer 10000 Jahre benötigen würde. Mit anderen Worten: Dies entspricht einem Faktor von 1576800000 = 1,5 * 10^9 schneller als der heute schnellste Computer.

Nehmen wir an, dass der Quantencomputer die gleichen Faktoren wie wir heute im Vergleich zu 1960 erreichen wird, dann wird die Kreisfläche ~2,95 * 10^22 km2 mit dem Radius 97.024.206.124 km = 97 * 10^9 km betragen. Dann würde sie über unserem Sonnensystem liegen. Das ist die Entfernung zwischen Sonne und Pluto ist ~5,9*10^9 km und wir befinden uns weit draußen irgendwo in der Oortsche-Wolke.

Und auch hier wäre es nur nur 1 Computer – halt eine Quantencomputer

Wichtig zu wissen: Die Quantencomputer basieren nicht mehr auf Transistoren und Flops von 1 bis 0. Es gibt keine Gleitkommaoperationen. Ein klassischer Computer rechnet mit der Menge der natürlichen Zahlen. Ein Quantencomputer arbeitet mit quantenmechanischen Zuständen, die aus mathematischer Sicht ein Element innerhalb eines Hilbertaum sind. Ein Qbit kann unendlich viele Zustände haben und ist dennoch die kleinste Einheit. Der massive Geschwindigkeitssprung beim Quantencomputer wird nicht durch mehr Rechenleistung erreicht, sondern durch völlig neue Technologie und Algorithmen (sog. Innovationssprung). Vergleichbar wie von einem einzelnen Transistor zu einem integrierten Schaltkreis

Ich kenne zwar immer noch nicht die aktuelle Gesamtrechenleistung (vielleicht hat ja jemand weitere Infos dazu – ich wäre dankbar) aller Computer auf diesem Planeten, aber man kann sich gut vorstellen, dass sie sich im Umfeld einer Kugel vom ausmaß unseres Sonnensystems befindet

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Noch ein paar anschließende Gedanken:

1. Die Kraft der Exponentialfunktion ist großartig und erstaunlich – wieder einmal
2. Die zukünftige Computerleistung bringt uns Möglichkeiten, die wir uns heute noch nicht vorstellen können (Da darf sich jeder mal selbst Gedanken machen)
3. Wachstum hängt wie an diesem Beispiel gezeigt nicht unbedingt an den Ressourcen der Erde, sondern nur vom Wissen (besser Nichtwissen) der Menschheit ab (Transistor -> IC -> Quantencomputer-> ?). Die Erfolgsgeschichte von 1960 bis heute war, dass sich die Computerentwicklung von den Ressourcen entkoppelt hat.
4. Ich habe einen coolen Einstieg für meine Präsentation

Hier noch meine Quellen:
https://www.nteinc.com/specs/original/2N404.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/TOP500
https://www.heise.de/select/ct/2019/15/1563537254857623/ct.1519.054-056.qxp_table_11031.html
https://en.wikichip.org/wiki/ibm/microarchitectures/power9
https://wccftech.com/nvidia-volta-gv100-gpu-tesla-v100-architecture-specifications-deep-dive/
https://en.wikipedia.org/wiki/Sycamore_processor
(Statement von Markus Krall ab: 2.25:20)