Rechnerleistung

Rechnerleistung bezeichnet die Fähigkeit eines Computers, Berechnungen durchzuführen. Sie umfasst theoretische Spitzenwerte und reale Leistungsfähigkeit und wird oft in FLOPS gemessen: floating-point operations per second. GigaFLOPS, TeraFLOPS bezeichnen Milliarden bzw. Billionen Fließpunktoperationen pro Sekunde. Historisch wurden auch MIPS verwendet, doch dieser Maßstab ist aufgrund unterschiedlicher Instruktionskosten problematisch.

Die Leistungsfähigkeit hängt von mehreren Faktoren ab: die Taktfrequenz des Prozessors (GHz), der durchschnittliche Instructions per Cycle (IPC), die Anzahl der Kerne, die Form der Parallelität (SIMD, Multithreading), der Speicherzugriff (Cache-Hierarchie, Speicherbandbreite) sowie Energieeffizienz. Die theoretische Spitzenleistung ergibt sich aus der Anzahl der FP-Operationen pro Taktzyklus multipliziert mit der Taktfrequenz und der Anzahl der Rechenwerke; reale Leistung liegt oft deutlich darunter, weil Wartezeiten im Speicher, Latenzen, Branches oder Software-Effizienz wirksam sind.

Zur Messung werden Benchmarks eingesetzt. LINPACK misst die reine Floating-Point-Spitzenleistung und wird oft in HPC-Publikationen angegeben; SPECfp und SPECint bewerten CPU-Leistung in realistischen Anwendungen; STREAM misst Speicherbandbreite. GPUs und spezialisierte Beschleuniger verwenden oft ähnliche Benchmarks, ergänzt durch AI-/ML-spezifische Tests.

Anwendungsgebiete reichen von wissenschaftlichen Simulationen über Grafik- und Videoberechnungen bis hin zu maschinellem Lernen. Zunehmende Parallelität, der Einsatz von GPUs, Tensor Processing Units und FPGAs verändert die Architektur- und Leistungsnormen. Energieeffizienz wird zunehmend wichtiger, insbesondere in Rechenzentren und mobilen Geräten.