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07.08.1992 - 

Demnächst Akzeptanz auch im kommerziellen Sektor

Software kann über Erfolg oder Mißerfolg entscheiden

Professor Dr.Hans-Werner Meuer ist Direktor des Rechenzentrums der Universität Mannheim, Dr. Erich Strohmaier ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Rechenzentrum der Universität Mannheim in einem von Siemens Nixdorf finanzierten Projekt zur Leistungsmessung von Supercomputern

Die Bedeutung von Software für den Markterfolg von Computern kann kaum hoch genug eingeschätzt werden. In besonderem Maße zeigt sich dies im Markt für Höchstleistungsrechner. So wie sich bereits bei den Vektorrechnern innerhalb des letzten Jahrzehnts gezeigt hat, dürfte sich auch bei Parallelrechnern der Erfolg außerhalb der akademischen Forschungsstätten erst mit der breiten Akzeptanz der Benutzerschnittstellen durch Entwickler und Anwender einstellen.

Anbieter von Parallelrechnern heben Installationen bei Kunden im kommerziellen Umfeld gerne hervor ; gelten sie doch als Zeichen für die breite Verwendbarkeit und Akzeptanz dieser Systeme. Bei genauerer Betrachtung erkennt man schnell, daß heute bei diesen Beispielen der Parallelrechner immer als spezialisierter Applikations-Server für eine wichtige Anwendung eingesetzt wird.

Der Datenbankbereich, der von Unternehmen wie Sequent oder NCR schon seit einigen Jahren sehr erfolgreich mit Parallelrechnern versorgt wird, ist hier sicher das bekannteste Beispiel.

Auch bei numerischen Anwendungen bemühen sich alle Hersteller um die Portierung wichtiger Standard-Applikationen, um so neue Kunden zu gewinnen.

Einsatz in der Automobilindustrie

Cray Research hat bei den Vektorrechnern mit dem Crash-Simulationscode "Pamcrash" weltweit vorgemacht, wie sich durch eine Schlüsselanwendung etliche Rechner, sogar in Japan in der Automobilindustrie verkaufen lassen. Jüngstes Beispiel in Deutschland bei den Parallelrechnern ist sicher die Portierung des Codes "Fire" für BMW durch die AVL aus Linz auf einen Ncube.

Ob diese Strategie alleine ausreicht, ist jedoch fraglich, da viele potentielle Anwender - auch aus dem kommerziellen Bereich - eigene Programme im Einsatz haben. Diese müßten bei der Verwendung von Parallelrechnern zuerst einmal portiert werden.

Massiv-Parallel-Processing-(MPP-)Systeme, die die Entwicklungslinie der Zukunft verkörpern müssen heute fast ausschließlich durch das flexible aber ungewohnte und unhandliche sogenannte "Message Passing" programmiert werden, will man sich nicht mit der Ausnutzung der wesentlich spezielleren Datenparallelität (SIMD-Modell) begnügen.

Für beide Arten existieren zudem noch keine eindeutigen Standards.

Auf der abschließenden Podiumsdiskussion des Supercomputer-92-Tutoriums über "Basissoftware für Vektor- und ParalIelrechner" das Ende Juni 1992 mit internationaler Beteiligung in Mannheim stattfand (siehe auch den Beitrag von Uwe Jehnsen auf Seite 19 in dieser Ausgabe) waren sich die Experten der Hersteller, Softwarehäuser und Anwender daher einig daß, "... das virtual shared memory (VSM) kommen wird und kein Weg daran vorbei führt", wie Karl Solchenbach, Geschäftsführer des Softwarehauses Pallas GmbH, formulierte.

Mit Hilfe eines solchen VSM wird den Benutzern der verteilte Speicher eines MPPs als ein gemeinsamer Speicher angeboten. Er erhält damit eine ihm vertraute Oberfläche, auf der er relativ schnell eine erste Portierung seines Codes zustandebringen kann, was über das damit verbundene Erfolgserlebnis entscheidend zur Akzeptanz des Parallelrechners beitragen wird. Zu der von den Gegnern des VSM oft geäußerten Vermutung, daß es nicht effizient implementiert werden kann, bemerkte Nikolaus Geers von der Universität Karlsruhe: Falls der Programmierer eine gewisse Disziplin aufbringt und auf Datenlokalität achtet, was man eigentlich bei allen Rechnerarchitekturen muß, dann sehe ich schon die Möglichkeit, das VSM so effizient zu nutzen, daß Anwender und Programmierer einen sehr großen Nutzen davon haben."

Christian Bischof` von den Argonne National Laboratories vertrat hier sogar die Ansicht: "Wenn es auch nur halbwegs funktioniert, wird sich das durchsetzen, und ob es die effektivste Lösung ist, ist im Endeffekt egal."

Auch die Schwierigkeit, einen nennenswerten Teil der heute tätigen Programmierer auf Message Passing umzuschulen, wird in Zukunft Rechnern mit der Sicht eines Shared Memories die größeren .Marktchancen einräumen, da damit ein Jahrzehnt gesammelter Erfahrung auf Multiprozessor-(MP-)Vektorsystemen mit gemeinsamem Speicher genutzt werden kann (erstes Beispiel hierfür war bereits die Cray XMP mit zwei Prozessoren im Jahre 1983).

Betriebssysteme: Keine Alternative zu Unix und OSF

Friedel Hoßfeld Direktor des Zentralinstituts für Angewandte Mathematik des Forschungszentrums Jülich, stellt fest: "Früher oder später dürften wohl alle wichtigen massiv parallelen Rechner das Konzept des virtuell gemeinsamen Hauptspeichers adaptieren." Derzeit einziger Anbieter eines mit Hardware realisierten VSM-Konzepts ist Kendall Square Research aus Waltham, Massachusetts, USA, mit einem im Juni diesen Jahres angekündigten System. Von etlichen Unternehmen der Branche wie Cray Research, Fujitsu/ Siemens Nixdorf, Convex, Intel, Ncube etc. ist bekannt daß sie an einer Realisierung von VSM für ihre geplanten MPPs arbeiten, wobei im Einzelfall abzuwarten ist, ob dies mit oder ohne Hardware-Unterstützung geschieht.

Bei den Betriebssystemen ist keine Alternative zu Unix und OSF in Sicht. Hier geht der Trend dahin, die volle Funktionalität des Betriebssystem auf allen Prozessoren anzubieten und nicht nur wie heute auf Front-End-Rechnern, die dadurch allzu schnell zum Engpaß werden.

Bei den Programmiersprachen ist das Bild nicht ganz so eindeutig. Fortran ist nach wie vor die wichtigste Sprache, und C besitzt eine geringere Bedeutung. Welcher Dialekt von Fortran sich in Zukunft durchsetzen wird, ist aber noch nicht abzusehen. Da bei der Entwicklung von Fortran90 die Berücksichtigung von Parallelverarbeitung keine Rolle gespielt hat, gibt es verschiedene Bestrebungen, dies in einem neuen Dialekt von Fortran nachzuholen. Als wichtigste gilt derzeit die Initiative zur Entwicklung von High Performance-Fortran (HPF), die in den USA von mehreren Firmen und Universitäten vorangetrieben wird. Dieses HPF soll neben Konstrukten Parallelisierung vor allem auch Möglichkeiten zur Datenaufteilung auf die verschiedenen Prozessoren beinhalten. Damit wäre auf dieser Ebene Message Passing im allgemeinen nicht mehr nötig. Innerhalb eines HPF-Programms hätte der Programmierer damit die Sicht eines VSM, unabhängig davon, was das Betriebssystem anbietet. Auf einem Rechner ohne Hardwareunterstützung für VSM wird dieses HPF intern natürlich wieder auf Message Passing abgebildet, während auf einem Rechner mit Spezialhardware für VSM durch HPF diese natürlich direkt genutzt werden könnte. HPF und VSM sind damit einfach Alternativen, sondern können sich durchaus positiv ergänzen.

Schnittstellen für kommerzielle Anwender

Während Standards für Betriebssysteme und Programmiersprachen die Portabilität von Programmen stark erhöhen, lassen sie bei Parallelrechnern keine Aussagen über die Effizienz der Abarbeitung zu. Dafür unterscheiden sich die Architekturen mittlerweile zu sehr. Für eine effiziente Portabilität muß der Programmierer heute hierarchische Software-Konzepte verwenden und als Grundbausteine soweit als möglich auf Bibliotheken von Basissoftware zurückgreifen. Falls diese vom Hersteller für jeweiligen Rechner optimiert wurden, kann er ohne weiteren Aufwand auf gute Leistung hoffen.

Eines der Paradebeispiele hierfür, das auch sehr gut die nötige Kooperation von Anwendern, Softwarehäuser und Herstellern demonstriert, ist das Paket "Lapack" für Basisroutinen der linearen Algebra. Dieses von Universitäten entwickelte Paket wird derzeit von etlichen Herstellern auf ihre Rechner portiert und optimiert, und Softwarehäuser wie NAG greifen bereits darauf zurück. Siemens Nixdorf hat für die Basisoperation der Fast Fourier Transformationen (BOFT) eine entsprechende Initiative gestartet, der man nur ähnlichen Erfolg wünschen kann.

Erst das anzustrebende Zusammenwirken eines standardisierten Fortrans für Parallelverarbeitung (HPF), die Sicht eines virtuellen gemeinsamen Speichers (VSM) und die Nutzung von gemeinsamen Paketen von Basissoftware (Lapack, BOFT etc.) wird die kostengünstige Portierung einer größeren Zahl von Anwendungen auf verschiedene Parallelrechner erlauben. Ein derart ausgestatteter MPP wird sich einem Entwickler oder Anwender mit einer Oberfläche, die ihm von seiner Workstation vertraut ist, präsentieren und ein harmonisches Hinüberwachsen in die Parallelverarbeitung ermöglichen. Die Akzeptanz von solchen Parallelrechnern auch im kommerziellen Umfeld steht damit nach unserer Meinung außer Frage. Die kommenden Jahre müssen von Universitäten, Herstellern, Softwarehäusern und Standardisierungsgremien genutzt werden, um derartige benutzerfreundliche Schnittstellen für den kommerziellen Anwender zu schaffen.