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Convex-Anwendung in Friedrichshafen am Bodensee


20.04.1990 - 

Midrange-Supercomputer als Abteilungsrechner bei Dornier

Der Trend zur Dezentralisierung macht sich auch im Bereich Supercomputing breit. Rechenleistung nicht mehr in Form von Mainframes, sondern je nach Bedarf auf sogenannte Department-Rechner zu verteilen, stößt immer mehr auf Gegenliebe.

Bei Dornier in Friedrichshafen ist der Schritt bereits vollzogen. Das Luft- und Raumfahrtunternehmen vom Bodensee hat beim texanischen Hersteller Convex einen Supercom- puter geordert. Die neue Hochleistungsmaschine steht als "trouble-shooter" für hohes Rechenauf- kommen im technisch-wissenschaftlichen Bereich im Rechenzentrum - neben einem Universal- rechner IBM 3090 und einer Comparex-Maschine. Nach der Neustrukturierung haben die Fach- abteilungen Aerodynamik und Strukturberechnung jetzt die Convex-Leistung allein für sich zur Verfügung.

Ein Grund war Cray-Kompatibilität

Hauptabteilungsleiter Aerodynamik, Bernhard Wagner, ist zufrieden. Auf Betreiben der Aerodynamik -Abteilung wurde die Department-Idee in dieser Weise bei Dornier realisiert.

Gründe des Dornier-Zuschlags für die Texaner waren die Cray-Kompatibilität der Convex, ihr "vernünftiges" Preis-Leistungs-Verhältnis (PLV), ihre für Dornier passende Größe, derhohe Einführungsgrad der Maschine in der Bundesrepublik und das gute Laufverhalten der Dornier-eigenen Software auf dem neuen Rechner.

Natürlich liefen die schwäbischen Flugzeugbauer nicht geradewegs in die Arme des US-Herstellers. Zahlreiche Alternativen wurden durchgespielt. Neben den Maschinen fast sämtlicher Computerhersteller (IBM, Multiflow, Stardent und andere) waren die Cray-Numbercruncher und der bundesdeutsche Parallelrechner Suprenum im Rennen.

Wagner warnt davor, Cray- und Convex-Maschinen zu vergleichen. Bei erheblich größerem Bedarf an Rechenleistung könne eine Cray wirtschaftlicher sein. Die Abteilung Aero- dynamik aber hätte eine Cray nicht annähernd auslasten können. Die sogenannte Cray-Kompatibili- tät der Convex sei dennoch ein wesentlicher Faktor gewesen, weil viele der Dornier- Partner und Kunden als Großrechner eine solche Maschine einsetzen. Die Dornier-Konzernmutter Daimler- Benz in Stuttgart hat mittlerweile zwei dieser Numbercruncher gekauft.

Der Dornier-Abteilungsleiter hält den zum Teil noch anhaltenden Trend zum zentralen Superrechner aber nicht für zwingend. Er glaubt, daß sich die Perspektiven für zentrale Lösungen zunehmend verschieben werden und daß die Entwicklung am Rechnermarkt mehr zur Dezentralisie- rung, zum Departmentrechner, gehe. Bei großen räumlichen Entfernungen spielten dabei auch die hohen Kosten für Verbindungsleitungen eine wichtige Rolle.

Auch der Parallelrechner Suprenum wurde in Erwägung gezogen. Durch Software-Entwicklung am Suprenum-Projekt beteiligt, haben die Dornier-Mitarbeiter viel Erfahrung auf diesem Gebiet sammeln können. In Friedrichshafen ist man allerdings der Meinung, daß die optimale Problemgröße für Parallelrechner wesentlich umfangreicher ist, als sie von den jetzigen Anwendungen verlangt würde. Mittlerweile ist das Suprenum-Projekt allerdings in Turbulenzen geraten.

Daneben hatten auch die neuartigen Grafik-Superworkstations gute Chancen - zur Darstellung der Rechenergebnisse. Eine solche steht bereits als Pre- und Postprocessing-Maschine in Friedrichshafen.

Bernhard Wagner sieht die Unterschiede zwischen den Rechnerkonzepten heute bereits im Wandel. Gegenwärtig könne er aber keine verbindliche Prognose bezüglich der Entwicklung der Rechnersituation innerhalb der nächsten Jahre stellen. Sein Fazit: "Wir haben nicht von vornherein nach einer Minisuper-Lösung gesucht, sondern zunächst mit der Dornier-eigenen IBM-3090 oder der Daimler-Cray über schnelle Datenleitungen gearbeitet. Das war aber teuer und umständlich. Als dann Mitte 1986 die Minisuper kamen, haben wir zugegriffen." Die Kaufentscheidung für die erste Convex, eine C1, fiel 1986, im Februar 1987 wurde sie bei Dornier aufgestellt. Der Kauf einer zweiten Convex, dem Doppelprozessor-Modell C220, wurde Ende März 1989 beschlossen. Ende Juli schließlich kam die neue Maschine ins Haus.

Programmersteller hatten Cray-Erfahrung

Die Übertragung der Aerodynamik-Anwendungen vom IBM-Host auf die neue Convex wurde dadurch vereinfacht, daß die Programmersteller von Dornier bereits Cray-Erfahrung hatten. "Weil wir", so Wagner, "schon unsere Bekanntschaft mit Vektorrechnern gemacht hatten, war die Migration kein Problem". Da Dornier seine Programme selbst entwickelt habe, sei die Sache relativeinfach gewesen. Hohe Effizienz sei mit einer Convex vor allem dann zu erreichen, wenn man bereits über gut vektorisierbare Programme verfüge. Der Zugriff auf den Supercomputer erfolgt bis jetzt hauptsächlich über "dumme" Termi-nals. Dornier ist zur Zeit Dabei, verschiedene Workstations für den Zugriff zu testen. Neben der Convex und den Terminals steht in Wagners Abteilung als Drittes eine Graphics-Super-Workstation. Auch den Zugriff darauf will man mit den Workstations ermöglichen. Die Graphics-Maschine wirdfür das Pre- und Postprocessing benötigt, also die Vorbereitung der Daten sowie später die Aus-wertung der Ergebnisse - und zwar jeweils auf interaktivem Wege.

An Software werden nahezu ausschließlich Dornier-Eigenentwicklungen eingesetzt. Dies sind im wesentlichen die Programme "Ingrid" und "Ikarus".

Die interaktive Netzgenerierungs-Software Ingrid zerlegt das Rechengebiet für das zu berechnende Problem in ein reguläres Gitter. Dessen einzelne Teilfelder werden später - einschließlich der Anschlüsse zu den Nachbarelementen - von Ikarus auf der Convex berechnet. Wagner erläutert: "Wenn Sie also ein Netz erstellen können, ist mit unseren Strömungslösern jedes nur denkbare Problem berechenbar. Das Ikarus-Programm braucht nur die Mitteilung über die Logik des Netzes".

Dornier hat übrigens frühzeitig für den europäischen Raumgleiter Hermes Berechnungs- lösungen in einer solchen Programmstruktur erzeugt. Die Software ist so angelegt, daß sie weitge-hend automatisch vom Compiler vektorisiert werden kann. Das liegt daran, daß die Programme zueiner Zeit entwickelt wurden, als die Vektorrechner bereits bekannt waren und Dornier schon sehrfrüh auch eine Cray zu Testzwecken nutzen konnte. Als 1982 die erste Cray bei der DFVLR (Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt) in Oberpfaffenhofen installiert wurde, gehörte Dornier mit zu den Erstanwendern.

Daher wurden in Wagners Abteilung die Programme von vornherein so entwickelt, daß immer eine gute Vektorisierbarkeit gegeben war. Durch Autovektorisierung konnte bereits ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Zusätzlicher Vorteil durch die neue Maschine ist der große Hauptspeicherplatz der Convex. Auf den im Hauptspeicher sehr begrenzten Vorgängermaschinen mußte die durch Ingrid erzeugte Blockstruktur dazu genutzt werden, die Speicherbegrenzung zu überspielen. So konnte immer nur ein Block im Speicher gehalten und das gesamte Gitter mußte Stück für Stück sukzessive durchgespielt werden. Um das wenigstens einigermaßen effizient zu machen, war es bisher nötig, asynchrone Read-write-Statements einzusetzen. Bei der Convex mit insgesamt 256 MB Arbeitsspeicher konnte man einen anderen Weg gehen: Die Files bekamen eine Adresse im Hauptspeicher, alle asynchro-nen Read-write-Statements wurden beseitigt und man konnte alle Daten im Speicher halten.

Und gerechnet wird, um durch rechnerische Vorauswahl Windkanal-Kosten zu senken, um die Messungen durch gezieltes Berechnen zu unterstützen oder um Probleme durchzuspielen, die in Windkanal-Versuchen nicht befriedigend simulierbar sind. Doch der Windkanal gehört damit noch lange nicht zum alten Eisen. Sind beispielsweise nur zehn Anstellwinkel eines Flugzeuges zuberechnen, müßte eine Convex dafür zirka 150 Stunden laufen. Im Windkanal ist das Sache vonMinuten. In diesem Fall hat der Windkanal eine Produktivität, die mit Computern nie erreichbar wäre.

Aber wenn im Windkanal ein Problem auftritt, das schwer verständlich ist, wenn Phänomene auftreten, die unerklärlich sind, weil sie vorher nicht bekannt waren, dann ist es wesentlich wirtschaftlicher, eine numerische Simulation durchzuführen.

Phänomene wurden verstehbar

So wurde zum Beispiel bei der Computersimulation einer Kraftwerksturbine nachgewiesen, wo bestimmte schlechte Wirkungsgrade ihre Ursache hatten. Man konnte zeigen, woher die Verluste kamen und damit Abhilfe schaffen. Die Phänomene wurden verstehbar, und die Techniker waren in der Lage, die Turbine entsprechend zu verbessern. Nicht zuletzt bei Konfigurationsuntersuchungen bringt der Numerik-Test beachtliche Vor-teile. Ein Modell etwa für das neue Passagierflugzeug Do328 kostet für den Dornier-eigenen Wind-kanal etwa eine halbe Million Mark. Für bestimmte Untersuchungen ist Wagner mit seiner Mann- schaft in einen größeren Windkanal gegangen. Hier waren allein für das Modell drei Millionen zu berappen. Wenn also bereits in einer frühen Phase Alternativkonfigurationen untersucht werden sollen, kann es sehr viel billiger und schneller sein, einige gezielte Pilotuntersuchungen mit Rechen- verfahren zu machen.

Durch ein optimales Zusammenspiel von Numerik und Windkanal, so das Ergebnis von Wagners Überlegungen, können heute Entwicklungen wesentlich preiswerter oder schneller durch- geführt werden.

Um diese Numerik in der Entwicklungsarbeit für solche Rechenprogramme jederzeit vor Ort greifbar zu haben, propagierte Wagner schon seit langem die Idee eines eigenen Department-Rechners. Es sei wichtig, die Maschine in einem überschaubaren Nutzerkreis selbst unter Kontrolle zu haben. Bei Engpässen müsse man sich gegenseitig abstimmen können. Nur so sei der Rechner in entscheidenden Phasen auch wirklich verfügbar. Ganz im Gegensatz zu den Bedingungen auf einem zentralen Großrechner.

Letztliches Entscheidungskriterium von Dornier gegen die Super- und für die Midrange-Lösung sei daher die Tatsache gewesen, daß man in der Convex genau den Rechner mit dem richtigen Preis-Leistungs-Verhältnis gefunden habe. Mit der Convex C220 kam just die Portion an Supercomputing ins Haus, die gebraucht wurde. Wagners Resümee: "Gut, daß es zwischen Main-frames und Numbercrunchern diesen Mittelweg gibt".