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Grafikprozessoren für die Hirnforschung

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Das Forschungszentrum Jülich und NVIDIA wollen gemeinsam wissenschaftliche Simulationen im Bereich der Neurowissenschaften mit Grafikprozessoren beschleunigen.

Sie gaben zu Beginn der größten europäischen Supercomputing-Messe ISC'12, die vom 17. bis zum 21. Juni in Hamburg stattfindet, die Gründung des "NVIDIA Application Lab" bekannt. Darin werden Experten von NVIDIA und des Jülich Supercomputing Centres (JSC) auch Anwendungen aus anderen Bereichen wie der Astrophysik, Teilchenphysik und den Material- und Biowissenschaften für Superrechner mit Grafikprozessoren optimieren.

Der Einsatz von Grafikprozessoren (GPUs) als sogenannter Accelerator ermöglicht eine enorme Beschleunigung für eine Vielzahl von Anwendungen auf Superrechnern. GPUs sind auf stark parallelisierbare Aufgaben wie etwa 3D-Berechnungen spezialisiert. Um ihre Leistungsfähigkeit für wissenschaftliche Berechnungen zu nutzen, sind neben entsprechender Hardware auch spezielle Programmiermodelle wie CUDA (Compute Unified Device Architecture) erforderlich, die es Programmierern erlauben, Programmteile auf den GPUs abarbeiten zu lassen. Bei effizienter Nutzung aller Recheneinheiten kann so auch erheblich Strom gespart werden.

"Das neue Lab wird es erleichtern, neue und bestehende wissenschaftliche Anwendungen so zu optimieren, dass sie von der Beschleunigung durch GPUs profitieren", schätzt Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre. "Die Kooperation wird hunderte Forscher aus ganz Europa in die Lage versetzen, die Rechenleistung für verschiedene Forschungszwecke durch den Einsatz von GPUs entscheidend zu steigern." Die Wissenschaftler können dafür auf Jülicher Superrechner zurückgreifen, unter anderem auf den Jülicher Hybridrechner JuDGE (Juelich Dedicated GPU Environment), bei dem herkömmliche Prozessoren durch NVIDIA® Tesla® GPUs verstärkt werden.

"Das Forschungszentrum Jülich ist eines der richtungsweisenden Höchstleistungsrechenzentren in Europa und hat beeindruckende Erfolge bei der Lösung anspruchsvollster wissenschaftlicher Probleme erzielt", betont Steve Scott, Chief Technology Officer von Tesla GPU Computing bei NVIDIA, einem der größten Entwickler von Grafikprozessoren weltweit. "Das neue Lab mit seinem Fokus auf den bahnbrechenden Leistungsvorteilen von GPUs wird Jülich in seiner Rolle als eine der weltweit führenden Einrichtungen bei der Schaffung der Grundlagen für die nächste Welle wissenschaftlicher Entdeckungen weiter stärken."

Pilotprojekt: Jülicher Hirnforschung

Millionen Faserbahnen simultan über kurze und lange Strecken im Gehirn zu verfolgen ist sehr rechenaufwendig. Durch den Einsatz von ultraschnellen Grafikprozessoren lässt es sich um das 50fache beschleunigen.

"3D-PLI ist die einzige Möglichkeit, Bilder mit der Auflösung von wenigen tausendstel Millimetern von Nervenfasern im menschlichen Gehirn zu erhalten und den Verlauf dann über mehrere Zentimeter zu verfolgen. Die 3D-Rekonstruktion und das Rendern, beides Bestandteile der Berechnung der Bilder für den ersten Hirnatlas dieser Art weltweit, in Echtzeit stellt jedoch eines der größten Probleme der computergestützten Berechnungen dar", berichtet Prof. Katrin Amunts, Direktorin des Jülicher Instituts für Neurowissenschaften und Medizin - Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1). Die Optimierung der Anwendungen in den Neurowissenschaften sollen im "NVIDIA Application Lab" als Vorbild dienen für andere herausragende GPU-beschleunigte Projekte aus breit gefächerten Forschungsbereichen.

Weitere Informationen:

Jülich Supercomputing Centre (JSC): http://www.fz-juelich.de/ias/jsc

Institut für Neurowissenschaften und Medizin - Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1): http://www.fz-juelich.de/inm/inm-1

Tobias Schlößer | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

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Im Focus: Volle Fahrt voraus für SmartEEs auf der Automotive Interiors Expo 2019

Flexible, organische und gedruckte Elektronik erobert den Alltag. Die Wachstumsprognosen verheißen wachsende Märkte und Chancen für die Industrie. In Europa beschäftigen sich Top-Einrichtungen und Unternehmen mit der Forschung und Weiterentwicklung dieser Technologien für die Märkte und Anwendungen von Morgen. Der Zugang seitens der KMUs ist dennoch schwer. Das europäische Projekt SmartEEs - Smart Emerging Electronics Servicing arbeitet an der Etablierung eines europäischen Innovationsnetzwerks, das sowohl den Zugang zu Kompetenzen als auch die Unterstützung der Unternehmen bei der Übernahme von Innovationen und das Voranschreiten bis zur Kommerzialisierung unterstützt.

Sie umgibt uns und begleitet uns fast unbewusst durch den Alltag – gedruckte Elektronik. Sie beginnt bei smarten Labels oder RFID-Tags in der Kleidung,...

Im Focus: Full speed ahead for SmartEEs at Automotive Interiors Expo 2019

Flexible, organic and printed electronics conquer everyday life. The forecasts for growth promise increasing markets and opportunities for the industry. In Europe, top institutions and companies are engaged in research and further development of these technologies for tomorrow's markets and applications. However, access by SMEs is difficult. The European project SmartEEs - Smart Emerging Electronics Servicing works on the establishment of a European innovation network, which supports both the access to competences as well as the support of the enterprises with the assumption of innovations and the progress up to the commercialization.

It surrounds us and almost unconsciously accompanies us through everyday life - printed electronics. It starts with smart labels or RFID tags in clothing, we...

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Leuchtdioden oder LEDs können nur Licht einer bestimmten Farbe erzeugen. Mit unterschiedlichen Verfahren zur Farbmischung lässt sich aber auch weißes Licht...

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Das Destillieren von Spirituosen steigert den Gehalt von Alkohol relativ zum Wasseranteil. Ähnlich wirkt eine Methode auf Lichtquanten, Photonen, die ein Team...

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The human eye is particularly sensitive to green, but less sensitive to blue and red. Chemists led by Hubert Huppertz at the University of Innsbruck have now developed a new red phosphor whose light is well perceived by the eye. This increases the light yield of white LEDs by around one sixth, which can significantly improve the energy efficiency of lighting systems.

Light emitting diodes or LEDs are only able to produce light of a certain colour. However, white light can be created using different colour mixing processes.