Forschungsfeld F

Hybride Höchstleistungsrechnersysteme und Softwaretechnik

… helfen dabei, die Leistungsfähigkeit von Höchstleistungsrechnern und Simulations-Softwarepaketen für aufwändige rechnerbasierte Simulationen optimal auszunutzen.

Schnell, schneller am schnellsten

In den letzten Jahrzehnten wurde die Rechenleistung von Computern vor allem dadurch gesteigert, dass ihre Prozessoren immer schneller wurden. Diese Entwicklung stößt heute an ihre physikalischen Grenzen. Während die Miniaturisierung weiter voran schreitet, ergeben sich Probleme bei der Taktrate der Prozessoren.

Einfach ausgedrückt: Je schneller ein Prozessor schaltet, umso heißer wird er. In manchen Geräten gibt ein Quadratzentimeter des Chips bereits mehr Wärme ab als eine heiße Herdplatte.

 (c) David Ausserhofer
Der Supercomputer Hazel Hen, ein Cray XC40-System, des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HRLS) ist einer der schnellsten Rechner der Welt.
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Wir gehen deshalb neue Wege und entwickeln hybride Systeme für das Höchstleistungsrechnen (High Performance Computing). Ein einfaches Beispiel ist die Kombination von zwei Prozessoren auf einem Chip. Dabei weist ein Prozessor besonders viel Speicherkapazität auf und der andere ist besonders schnell. Unsere hybriden Systeme sollen mehrere Zehntausend verschiedene Prozessoren umfassen, die alle parallel an der gleichen Aufgabe arbeiten.


Außerdem entwickeln wir Koprozessoren, die noch speziellere Aufgaben, etwa im Grafikbereich, erfüllen. Bei Bedarf werden sie mit dem System kombiniert. Das Hauptproblem solcher Systeme ist die Programmierbarkeit. Die Programmierung einer derart großen Anzahl von unterschiedlichen Prozessoren ist deshalb ein wesentliches Ziel. Kompatible und wiederverwendbare Software-Komponenten sowie rekonfigurierbare Hardware-Komponenten sind weitere wichtige Entwicklungsziele.

Um alle Komponenten so unter Dach und Fach zu bekommen, dass sie optimal zusammenarbeiten, müssen wir neue Computerarchitekturen und -infrastrukturen entwerfen. Die neue Dimension des Supercomputing ist nicht von heute auf morgen zu realisieren. Zum Teil müssen auch Hardware-Komponenten erst noch weiterentwickelt und so angepasst werden, dass sie die künftigen Höchstleistungen mittragen. So muss den Prozessoren ihre Sensibilität genommen werden: Hitzestabil sollen sie sein, möglichst unempfindlich gegen Erschütterungen, Luftfeuchtigkeit und elektromagnetische Strahlung. 

Außerdem arbeiten wir daran, den Energieverbrauch der Prozessoren zu senken.  Hardware- sowie die software-basierte Fehlertoleranz wollen wir vergrößern. Die robusten und gleichzeitig flexiblen neuen Systeme werden die Leistungsträger der Anwendungen aller unserer Forschungsfelder sein. Sie sind ein wesentlicher Meilenstein auf dem Weg, unsere Visionen zu realisieren.

Koordinator Research Area F

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Prof. Dr.-Ing.

Michael Resch

Koordinator Research Area F