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Energiebewusstes Hochleistungsrechnen: Ermittlung des Stromverbrauchs in Computer-Algorithmen

30.01.2015

Die Forderung nach einem möglichst geringen Energieverbrauch bestimmt heute auch die Entwicklung neuer Algorithmen, die auf Supercomputern verwendet werden. Mathematiker des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg wollen Rechenoperationen analysieren und neue energiebewusste Rechenverfahren entwerfen, um somit dem enormen Stromverbrauch von heutigen Hochleistungsrechnern (HPC) entgegenzuwirken.

Die Wissenschaftler der Gruppe Computational Methods in Systems and Control Theory am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg widmen sich daher in einem Kooperationsprojekt mit dem Institut für Computergestützte Ingenieurwissenschaften (Computing Engineering Institute) an der Universidad de la República in Montevideo, Uruguay, der Frage, wie viel Strom in welchem Teil eines Algorithmus verbraucht wird. Untersucht werden die einzelnen Kernoperationen unter Berücksichtigung von Rechengenauigkeit, Laufzeit und Energieaufnahme.


Platinen mit Hochleistungsgrafikchips, die auf einem Rechner im Max-Planck-Institut Magdeburg installiert sind.

Foto: MPI für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg / Martin Köhler

Anwendung finden diese mathematischen Algorithmen und Methoden in der computergestützten Optimierung, Steuerung und Regelung physikalisch-technischer Prozesse oder bei Simulationen in der chemischen Prozesstechnik.

Als eine Teildisziplin des wissenschaftlichen Rechnens, einem interdisziplinären Betätigungsfeld aus Mathematik, Informatik und Anwendungsdisziplinen, behandelt auch das Hochleistungsrechnen die Computersimulation von mathematischen Modellen wissenschaftlicher oder technischer Prozesse. Der Schwerpunkt liegt hier allerdings auf der Verwendung spezieller Computerarchitekturen und deren optimaler Nutzung.

Bei den verwendeten Computern handelt es sich zum einen um Großrechner oder Linux-Cluster mit einem verteilt parallelen Programmiermodell. Zum anderen kommen spezielle Komponenten für spezielle Aufgaben zum Einsatz. Dies können etwa Hochleistungsgrafikchips sein, die sich besonders für die Ausführung einzelner, immer gleicher Operationen auf großen Datenmengen eignen.

Ein zunehmend wichtiges Thema sind Energiefragestellungen im Hochleistungsrechnen. Energie kann hierbei nicht nur durch den Einsatz energieeffizienter Hardware gespart werden. Auch im Softwarebereich können neue Methoden zum Energiesparen beitragen.

Die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut Magdeburg messen und analysieren hierzu unter anderem die Leistungsaufnahme ihrer Compute-Server mit zwei Hochleistungsgrafikprozessoren und zukünftig mit Intel Phi Beschleunigerkarten. Langfristiges Ziel des Kooperationsprojektes ist die gemeinsame Erarbeitung einer Softwarebibliothek, die Entwicklern und Wissenschaftlern als Werkzeug für verschiedenste Anwendungsbereiche zur Verfügung stehen soll.

Das Kooperationsprojekt wird im Rahmen der Strategie der Bundesregierung zur Internationalisierung von Wissenschaft und Forschung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Dauer von zwei Jahren mit rund 40.000 Euro unterstützt. Das Förderprogramm will unter anderem die wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Ländern Lateinamerikas stärken.

Weitere Informationen:

http://www.mpi-magdeburg.mpg.de/2875164/2015-01-30_Energiebewusstes_Hochleistung... Pressemitteilung
http://www.mpi-magdeburg.mpg.de/csc/projects/pahpc Webseite des Projekts (englisch)

Gabriele Ebel | Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg

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