Effiziente Nutzung neuer Rechnerarchitekturen – Neue Simulationswelten für zukünftige Rechner

In den letzten Jahren wurde die Leistungssteigerung von Prozessoren nicht mehr durch die bloße Steigerung der Prozessorfrequenz, sondern durch die Platzierung mehrerer Rechenkerne, sogenannter Cores, auf die verfügbare Chipfläche erreicht. Zukünftige Rechnergenerationen mit einer Leistung im Petaflop/s-Bereich werden sich aus mehreren hunderttausend Cores zusammensetzen.

Damit diese mit gleichbleibender Zuverlässigkeit arbeiten, entwickelt das Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart (HLRS) unter anderem im Rahmen des Förderprogramms „IKT 2020 – Forschung für Innovationen“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) neue Lösungsansätze.

Mit dem auch in Spielkonsolen eingesetzten Cell Chip ist bereits seit mehreren Jahren ein heterogener 9-Core Prozessor verfügbar, auch bei Standard PC Prozessoren zeichnet sich eine ähnliche Entwicklung ab.

Die für wissenschaftliches und technisches Rechnen eingesetzten Systeme mit mehreren hunderttausend Cores ermöglichen zahlreiche neue Anwendungen, stellt das Management dieser Systeme und deren effiziente Nutzung allerdings auch vor neue Herausforderungen. In dem vom HLRS koordinierten Projekt TIMaCS (Tools for Intelligent System Management of Very Large Computing Sys-tems) erarbeiteten die Wissenschaftler neue Methoden für eine wissensbasierte Verwaltung dieser sehr großen Rechnersysteme. Im Projekt IMEMO (Innovative Höchstleistungsrechner(HPC)-Methoden und Einsatz für hochskalierbare Molekulare Simulation) werden unter der Leitung des HLRS mit Hilfe von molekularen Simulationen neue Anwendungsfelder von der Verfahrenstechnik über die Materialwissenschaften bis hin zur Bio- und Nanotechnologie erschlossen.

Das Projekt VisPME (Visualization in Parallel Manycore Environments) unter der Federführung des HLRS hat das Ziel, eine flexible, hochparallele und skalierbare Integrationsumgebung zur Datenaufbereitung und interaktiven Visualisierung zu realisieren.

Bei dem ebenfalls vom HLRS geleiteten Projekt STEDG (Hocheffiziente und skalierbare Software für die Simulation turbulenter Strömungen in komplexen Geometrien) nutzen die Forscher die neuartigen numerischen Methoden, die effizient auf heutige und zukünftige Rechnerarchitekturen abgestimmt sind. Die Software ermöglicht Simulationen von Strömungen mit hochwertiger Turbulenzmodellierung und erprobt diese Verfahren an Prototypen aus Luftfahrt, Maschinenbau und Motorentechnik, hier zum Beispiel die Optimierung der Gasinjektion bei Erdgasfahrzeugen.

Die Wissenschaftler des HLRS arbeiten bei den genannten Projekten interdisziplinär mit Instituten der Universität Stuttgart, anderen Forschungseinrichtungen und der Industrie zusammen.

Ansprechpartner:
Dr. Stefan Wesner,
Höchstleistungsrechenzentrum Universität Stuttgart,
Tel. 0711/685-64275,
e-mail: wesner@hlrs.de