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18.12.1992 - 

"Real World Computing Program" ist auf Kooperation ausgelegt

Japanisches Zehnjahresprojekt fördert massiv-parallele Systeme

Wolfgang Müller ist freier Fachjournalist in Düsseldorf und Mitinhaber der con/text-Medienagentur.

Nachdem im Juni dieses Jahres das Zehnjahresprogramm zur Entwicklung der fünften Computergeneration offiziell abgeschlossen wurde, propagiert Japans Industrieministerium Miti ein neues großes Forschungsprojekt. Im Rahmen des "Real World Computing Program" sollen in den nächsten zehn Jahren massivparallele Systeme, optische Computer und Neurorechner entwickelt werden.

Als im April 1982 in Japan offiziell der Startschuß zur Entwicklung der fünften Computergeneration fiel, herrschte in den USA und Westeuropa helle Aufregung. "Japans Versuche, durch eine Zusammenfassung aller nationalen Kräfte die Technologie für die fünfte Computergeneration zu dominieren, sind für uns eine riesige Herausforderung", warnte etwa der damalige US-Botschafter Mike Mansfield in einem Dossier für das Weiße Haus.

SCI-Initiative und das Esprit-Programm

Das erklärte Ziel des mächtigen japanischen Ministeriums für Internationalen Handel und Industrie (Miti) war ein massivparalleler Rechner mit mindestens 1000 Prozessoren, der erstmals "die Fähigkeit zur natürlichen Konversation" besitzen sollte. In Reaktion auf diese Aktivitäten begannen auch in anderen Ländern ähnliche Forschungsprojekte, die staatliche und private Mittel bündelten. So in Europa das Esprit-Programm oder die SCI-Initiative der amerikanischen Verteidigungsagentur Darpa.

Angeheizt wurden die hochgesteckten Erwartungen an den Computer der fünften Generation durch die Warnungen der Medien vor der japanischen Übermacht, aber auch durch die vollmundigen Ankündigungen der japanischen Forscher. Im Gegensatz zu Politikern und Massenmedien wandten sich aber bereits in den ersten Projektjahren viele Wissenschaftler gegen Panikmache. Japan, so ihre Einschätzung, besitze gar nicht die nötige Forschungskapazität für sein ehrgeiziges Projekt.

Unterschiedliche Parallel Interference Machines

Die pessimistischen Prognosen scheinen sich nach dem offiziellen Abschluß des Fifth-Generation-Computer-System (FGCS)-Projektes bestätigt zu haben. Trotz der Investition von über 700 Millionen Mark und einer konzentrierten Arbeit von nahezu 1000 Wissenschaftlern ist man auch in Japan noch weit entfernt von einem Computer, der maschinell natürliche Sprache übersetzt und Muster, Gesichter oder Stimmen automatisch erkennt. In Umkehrung ihrer eigenen früheren Voraussagen schließen die meisten Medien heute daraus auf ein Scheitern des gesamten Forschungsprogramms. "Das Projekt ging daneben", schrieb etwa der "Spiegel", und das US-Magazin "Nature" meldete: "Die japanische Konkurrenz hat ihren Zehnjahresplan nicht geschafft". Doch so eindeutig ist die Schlußbilanz nicht.

Kazuhiro Fuchi, Leiter des eigens für das Projekt gegründeten Forschungsinstituts für Computertechnologie der neuen Generation (Icot), zog auf der Abschlußkonferenz des Vorhabens im Juni 1992 eine erfolgreiche Bilanz: "Als wir vor zehn Jahren angefangen haben, gab es eine große Skepsis gegenüber der Parallelverarbeitung. Das war auch noch vor fünf Jahren so. Aber jetzt hat sich der Trend schlagartig gewendet". Unterschiedliche Parallel Interference Machines (PIM) wurden während dieser Zeit am Icot entwickelt, die als Grundlage für weitere Soft- und Hardwareforschung dienten. Zum Abschluß wurden Prototypen von fünf verschiedenen Rechnertypen mit bis zu 512 parallel arbeitenden Prozessoren präsentiert. Außerdem entstanden ein in der Logiksprache KL1 geschriebenes Betriebssystem für diese Rechner, Datenbanksoftware in der neu entwickelten Wissensrepräsentations-Sprache Quixote, Programme für wichtige Grundlagenprobleme der künstlichen Intelligenz und diverse Anwengssoftware unter anderem für die Genomanalyse, CAD beim Chipentwuf, juristische Expertensysteme und Go-Spielprogramme.

Bis zur kommerziellen Vermarktung dieser Prototypen wird es noch ein weiter Weg sein, wenn es überhaupt jemals soweit kommt. "Wir werden noch einmal fünf Jahre brauchen, um daraus eine kommerziell verwertbare Technologie zu machen", schätzt auch Fuchi. Er verweist auf das "Loch von zehn bis zwanzig Jahren", das zwischen der Grundlagenforschung und dem breiten Einsatz der RISC-Technologie, von Unix oder C lag. Zwar waren die führenden japanischen Computerhersteller Hitachi, Toshiba, Mitsubishi und Oki an dem Projekt beteiligt und haben die unterschiedlich strukturierten Prototypen gebaut, doch bisher hat sich noch keine der Firmen positiv zu einer anstehenden Vermarktung der Systeme geäußert.

Inzwischen laufen allerdings erste Anwendungspilotprojekte wie die Installation eines Systems zur Genomanalyse an der Universität von Kyoto, das auch von Japans Biotechnik-Industrie genutzt wird. NEC setzt eine PIM mit einem neuen Algorithmus beim Schaltkreisentwurf ein und verweist auf eine Zeitersparnis um den Faktor 100 gegenüber herkömmlicher Technik.

Mit einem geschickten Schachzug will das Miti die Verbreitung seiner Parallelrechner forcieren. Auf der Konferenz in Tokio gab Minister Kozo Watanabe bekannt, daß sämtliche bisher entwickelte PIM-Software weltweit unentgeltlich zur Verfügung steht.

Über ein neueingerichtetes Zentrum im Icot und das nun auch für externe Nutzer offene Icot-Netz können die Forschungsergebnisse ausgetauscht werden. Die existierenden 71 Softwarepakete sollen darüber hinaus auf Unix-Maschinen portiert werden. Denn das großzügige Angebot hat einen entscheidenden Haken: Der gesamte Code der Programme ist in der am Icot entwickelten Sprache KL1 geschrieben und nur auf den PIM-Rechnern ablauffähig.

Neues Programm: "Vier-D-Computing"

Die Öffnung signalisiert ein Umdenken bei Japans Forschungsstrategen. Zwar haben im Rahmen des Fünfte-Generation-Projektes bereits 75 ausländische Wissenschaftler aus 12 Ländern am Icot gearbeitet, doch Kooperationen mit Forschungseinrichtungen und Firmen in den USA und Europa gab es nicht. Das soll im neuen Zehnjahresprojekt des Miti, dem "Real World Computing Program" (RWC), anders werden. Wohl nicht zufällig hatte man als Logo der Abschlußkonferenz des Fifth-Generation-Projektes einen aus Flammen aufsteigenden Phönix gewählt. Denn nach dem Abschluß ihres ehrgeizigen Forschungsvorhabens streben Nippons Forscher bereits wieder zu neuen Höhenflügen.

An dem im Sommer 1992 gestarteten Programm beteiligen sich bisher zwölf japanische Firmen. Bei dem auf rund 2,2 Milliarden Mark veranschlagten Vorhaben, das auch unter "New Information Processing Technologie" (Nipt), "Vier-D-Computing" oder "Sechste Computergeneration" bekanntgeworden ist, können Japans Forschungsstrategen auf das im Vorläuferprojekt gebildete Potential an Fachleuten zurückgreifen.

Austausch über ein RWC-Datennetz

Neben der Entwicklung eines massiv-parallelen Systems mit einer Million Prozessoren bis zum Jahre 2002 sieht das RWC-Projekt gleichrangig die Entwicklung von Betriebssystemen, Entwicklungsumgebungen und Programmiersprachen vor.

Dazu streben die Computerbauer aus Fernost auch die Kooperation mit Partnern in Europa und den USA an. Ein RWC-Datennetz soll den Austausch der Forschungsergebnisse ermöglichen.

Forschungseinrichtungen und Universitäten aus Großbritannien, Frankreich, Australien, Kanada, Singapur und Korea wollen sich bisher an dem Projekt beteiligen, ebenso das deutsche Informatik-Großforschungszentrum Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung (GMD). Symptomatisch für die gezielte Öffnung ist auch die angekündigte Anschaffung von zwei amerikanischen Parallelrechnern. Die "Paragon XP/S" von Intel und die "CM-5" von Thinking Machines sollen als Plattform für die Implementierung von RWC-Konzepten dienen.

Der Zeitplan des RWC-Programms sieht vor, bis 1997 die unterschiedlichsten Hard- und Software-Ansätze zu unterstützen. Danach erfolgt dann die Konzentration auf ein System. Bereits zur Halbzeit erwartet die japanische Regierung aus dem neuen Forschungszentrum in der Wissenschaftsstadt Tsukuba, das von Junichi Shimada geleitet wird, mehrere Prototypen mit 10 000 Prozessoren. Auf einem Plattform-System sollen dann bereits unterschiedliche Betriebssysteme, Programmiersprachen und Compiler einsatzfähig sein. Der in Japan dafür verwendete Begriff "Vier-D-Computing" soll besagen, daß es sich um Rechner handelt, mit denen Probleme der realen (Drei-D-)Welt in Echtzeit gelöst werden können.

Neben der Entwicklung von massiv-parallelen Systemen spielt dabei die von optischen Computern und künstlichen neuronalen Netzen eine wesentliche Rolle. Bei den optischen Computern erwarten die Beteiligten zwar keinen schnellen Durchbruch, erhoffen sich aber zunächst Spezialrechner für die Bilderkennung. Im Bereich der neuronalen Netze ist die Entwicklung von Neuroakzeleratoren und hochintegrierten Neurochips vorgesehen. Ziel ist die Verknüpfung von bis zu einer Million Neuronen. Besonderen Wert legen die RWC-Forscher auf die Integration der drei Neurotechnologien und die dafür notwendige Software.

Massiv-parallele Rechner auf dem Weg zum Markt

Die meisten japanischen Computerhersteller versuchen sich allerdings auch unabhängig von der kräftigen staatlichen Förderung im Rahmen der FGCS- und RWC-Programme an Entwicklungen von massiv-parallelen Systemen und Opto- und Neurorechnern. Das Tokioter Büro der GMD hat in seiner kürzlich erschienenen Studie "Massively Parallel, Optical and Neural Computing in Japan" über 150 Forschungsgruppen aufgelistet, die sich mit diesen Gebieten beschäftigen. "Während wir bei der Parallelverarbeitung wohl alle Projekte erfaßt haben, war dies bei den optischen Computern und vor allem im schnell wachsenden Gebiet des Neurocompting nicht möglich", schränkt GMD-Forscher Ulrich Wattenberg die Übersicht etwas ein.

Es stehen einige Überraschungen an

Auch wenn Japan im Vergleich zu den USA und Europa bei den massiv-parallelen Systemen auf dem Weltmarkt bisher noch keine Rolle spielt, dürften sich künftig einige Überraschungen anbahnen. So hat das Unternehmen Fujitsu, das 1992 mit einem Marktanteil von 20 Prozent hinter Cray die Nummer zwei auf dem Supercomputer-Weltmarkt war, in Kawasaki ein Parallelverarbeitungs-Forschungszentrum eingerichtet. Der dort entstandene "AP 1000"-Rechner, der aus 1024 Prozessoren besteht, läuft bereits im japanischen Atomenergie-Forschungszentrum als Prototyp. Die US-Universität von Iowa, die australische Nationaluniversität und die Universität Edinburgh in Großbritannien haben ebenfalls bereits ein "AP 1000" gekauft. Von Fujitsu stammt auch der VPP500-Rechner ("Vector Parallel Processor"), der aus bis zu 222 Processing-Elements (PE) besteht. Das 355-Gigaflops-System wird in Europa von Siemens-Nixdorf vermarktet. Auch die Nippon Electric Corp. (NEC), deren neuster Supercomputer SX-3 44R sogar das Spitzenmodell von Cray leistungsmäßig in den Schatten stellt, entwickelt neben ihren herkömmlichen Numbercrunchern parallele Systeme. Der "Cenju 2" besteht aus maximal 256 Prozessoreinheiten mit jeweils zwei VR3000-RISC-Prozessoren.

Matsushita und Toshiba arbeiten ebenfalls an massiv-parallelen Systemen. Der "Prodigy" Rechner von Toshiba besteht aus 512 Prozessoren und soll ebenfalls bald den Markt kommen. Bis zu 256 Exemplare des selbstentwickeltn Omega-Prozessors, der ab 1994 zur Verfügung stehen soll, wird das "Adenart"-System von Matsushita Electric enthalten.

Wettlauf um den ersten Teraflops-Rechner

Sanyo Electric will sein "Edden", dessen Basismodell aus 64 parallel arbeitenden Prozessoren besteht und der bis auf 1024 Knoten hochgerüstet werden kann, "für fünf Prozent des Preises normaler Supercomputer" anbieten. Die japanischen Computerhersteller beteiligen sich auch am weltweiten Wettlauf um den ersten Teraflops-Computer der Welt. So will Fujitsu bis 1993 einen solchen Rechner auf dem Markt anbieten.