Hochleistungsrechnen (HPC) ist für die Unterstützung des Energiesektors von entscheidender Bedeutung geworden, da es die Analyse komplexer Daten, die Simulation komplizierter Prozesse und die Optimierung von Abläufen ermöglicht. Obwohl HPC immens leistungsstark ist, steht es im Zuge seiner Weiterentwicklung und der Reaktion auf den exponentiellen Bedarf an Rechenleistung vor mehreren Herausforderungen. Da das Ende des Mooreschen Gesetzes immer näher rückt, argumentiert Owen Thomas, Gründer des HPC-Lösungsanbieters Red Oak Consulting, dass der Energiesektor weiterhin florieren wird, da HPC unweigerlich in die Cloud verlagert wird.

Moores Gesetz, das 1965 von Gordon Moore formuliert wurde, sagte voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem einzigen Quadratzoll eines integrierten Schaltkreischips alle zwei Jahre verdoppeln würde, was zu einem exponentiellen Anstieg der Rechenleistung führen würde. Dieses Gesetz hatte tiefgreifende Auswirkungen auf die Entwicklung von HPC, nicht zuletzt im Energiesektor, und auf die Entwicklung des Cloud Computing und prägte die Landschaft der modernen Technologie.

Es ist mittlerweile allgemein anerkannt, dass sich das Mooresche Gesetz seinem Ende nähert. Seit seiner Einführung ist die in Vorhersagemodellen verwendete Rechenleistung um etwa eine Billionfache gestiegen, und um diese Hochleistungsmodelle weiter zu verbessern, benötigen wir exponentiell mehr Rechenleistung. Ohne sie werden die notwendigen Genauigkeitsgewinne geringer ausfallen. Doch angesichts der steigenden Kosten und des immer kleiner werdenden verfügbaren Platzes für die wachsende Zahl von Halbleiterchips im HPC-Computing stehen alle Sektoren, einschließlich der Energiebranche von Öl und Gas bis hin zu erneuerbaren Energien, vor einem neuen Dilemma.

McKinsey schätzt das Der weltweite Stromverbrauch wird sich verdreifachen bis 2050. Energieversorger arbeiten an der Entwicklung neuer Technologien, die Energie nachhaltiger erzeugen, speichern und zu den Verbrauchern transportieren können. Da die Auswirkungen des Klimawandels die Reduzierung des Energieverbrauchs und der Energieverschwendung immer dringlicher machen, beschleunigt die Energiebranche Innovationen, um Wirkung und Ergebnisse in großem Maßstab zu erzielen. Künstliche Intelligenz (KI), fortschrittliche Analytik, 3D-Bildgebung und das Internet der Dinge (IoT), unterstützt durch HPC, tragen alle zur Energieerzeugung bei, um einen reibungsloseren Übergang zu einem nachhaltigeren Weg zu gewährleisten.

HPC in der Praxis im Energiesektor
In der Öl- und Gasindustrie wird HPC in großem Umfang für die aktuelle wissenschaftliche Forschung eingesetzt, und die Zahl der Bereiche, in denen es angewendet werden kann, wächst ständig, beispielsweise für Wettervorhersagen, Erdbebenbildgebung oder genetische Analysen. Die Ölförderung kann jetzt HPC nutzen, um die Prozesseffizienz und -genauigkeit zu verbessern und es Bergbauunternehmen zu ermöglichen, enorme Geldsummen einzusparen, was ihnen einen größeren Wettbewerbsvorteil auf diesem Markt verschafft.

Hochentwickelte Algorithmen, die auf Supercomputern ausgeführt werden, können riesige Datenmengen verarbeiten und ermöglichen es Geowissenschaftlern, detaillierte Untergrundkarten mit höherer Genauigkeit und Auflösung zu erstellen. Diese Fähigkeit erhöht die Erfolgsquote von Explorationsbemühungen, reduziert Bohrrisiken und optimiert die Ressourcengewinnung. Darüber hinaus erleichtert HPC die Reservoirsimulation und ermöglicht es Ingenieuren, das Strömungsverhalten von Flüssigkeiten in unterirdischen Formationen vorherzusagen. Durch die Simulation verschiedener Produktionsszenarien können Unternehmen die Platzierung von Bohrlöchern, Fördertechniken und Lagerstättenmanagementstrategien optimieren. Diese Simulationen tragen auch dazu bei, die geomechanischen Komplexitäten im Zusammenhang mit der hydraulischen Frakturierung zu verstehen und so sicherere und nachhaltigere Abbaupraktiken zu ermöglichen.

HPC hat auch einen großen Einfluss auf den Sektor der erneuerbaren Energien bei der Modellierung von Wettermustern, Schwankungen der Energienachfrage und dem Netzbetrieb. Auf HPC basierende Wettervorhersagemodelle sagen das Potenzial für die Erzeugung erneuerbarer Energien genau voraus und helfen Versorgungsunternehmen dabei, die Integration von Solar- und Windenergie in das Netz zu optimieren. Durch die Ausrichtung der Erzeugung an den Nachfragemustern können Netzbetreiber die Netzstabilität verbessern, Einschränkungen minimieren und die Nutzung erneuerbarer Energien durch das Massive Internet of Things (MIoT) maximieren.

Darüber hinaus trägt HPC zur Optimierung von Stromerzeugungs- und -verteilungssystemen bei, darunter Wärmekraftwerke, Kernreaktoren und intelligente Netze. Fortschrittliche Simulationstools ermöglichen es Ingenieuren, effizientere Turbinen, Kessel und Kühlsysteme zu entwerfen und so Energieverluste und Umweltauswirkungen zu reduzieren. Darüber hinaus verbessern durch HPC unterstützte Echtzeit-Überwachungs- und Steuerungssysteme die Netzstabilität und ermöglichen eine schnelle Reaktion auf Ausfälle, Schwankungen und sogar Cyber-Bedrohungen.

Skalierbarkeit war der Schlüssel
Die Skalierbarkeit und Kosteneffizienz des Mooreschen Gesetzes hat die Entwicklung des Cloud Computing maßgeblich beeinflusst. Die Möglichkeit, mehr Transistoren auf einem Chip unterzubringen, hat zu leistungsfähigerer und erschwinglicherer Hardware geführt, wodurch es für Cloud-Dienstanbieter möglich ist, robuste Rechenressourcen zu geringeren Kosten anzubieten, wobei Cloud Computing die Prinzipien der Virtualisierung und der bedarfsgesteuerten Ressourcenzuweisung nutzt. Die Technologien und Innovationen, die hinter dem Mooreschen Gesetz stehen, haben es Cloud-Anbietern ermöglicht, ihre Infrastruktur kontinuierlich zu verbessern und Energieunternehmen die Möglichkeit zu geben, sie je nach Bedarf zu vergrößern oder zu verkleinern.

Darüber hinaus hat die rasante Entwicklung der Halbleitertechnologie die Innovation bei Cloud-Diensten vorangetrieben. Cloud-Anbieter können die neuesten Hardware-Fortschritte nutzen, um ihren Benutzern neue und verbesserte Dienste anzubieten. Dieser kontinuierliche Innovationszyklus erhöht die Agilität von Cloud-Plattformen und ermöglicht ihnen die Anpassung an sich ändernde Technologielandschaften.

Während das Wachstum von HPC und der Cloud mit Moores Prognosen übereinstimmt, steht es vor Herausforderungen wie physischen Einschränkungen und den abnehmenden Erträgen der Miniaturisierung. Da sich Transistoren atomaren Größenordnungen nähern, könnten alternative Technologien wie Quantencomputer notwendig werden, um das Tempo des Fortschritts aufrechtzuerhalten.

Die Implikationen des Mooreschen Gesetzes
Es scheint also, dass wir denken könnten, dass wir kurz davor stehen, die Grenzen der verfügbaren Rechenleistung zu erreichen. Dies ist jedoch nicht unbedingt der Fall. Tatsächlich wird die Cloud weiterhin der Hauptkatalysator für die Verwirklichung der Auswirkungen von HPC in allen Sektoren sein, solange wir alle besser mit den Tools arbeiten, die uns zur Verfügung stehen, um Effizienz und Ergebnisse zu verbessern.

Vieles davon wird von der Ausbildung abhängen, und vieles auch von der Finanzierung, aber entscheidend ist, dass es darum geht, zu verstehen, wo die wahre Macht liegt, wo Petabytes an Daten in Millisekunden verarbeitet werden. Dies kommt auch in unserem eigenen Bericht zum Ausdruck. „Einbindung der Cloud in den HPC-Mix“, wo HPC und die Cloud näher erläutert werden.

Im Laufe der Zeit werden sich die Bedürfnisse weiterentwickeln, ebenso wie die Art der benötigten Unterstützung. Entscheidend ist jedoch, dass der Energiesektor bei der Weiterentwicklung mit HPC Unterstützung benötigt, um eine optimale Nutzung und Leistung zu erzielen und die Vorteile von HPC nutzen zu können. Und trotz allem leitet Moores Gesetz den Energiesektor immer noch dazu, nach neuen Wegen zur Verbesserung der Rechenleistung zu suchen, um die Effizienz für Betreiber zu steigern und gleichzeitig den Verbrauchern mehr Leistung zur Verfügung zu stellen.

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• Quelle: https://envirotecmagazine.com/2024/02/19/comment-the-energy-sector-will-continue-to-thrive-through-hpc-even-as-moores-law-comes-to-an-end/