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07.10.1979

Vom Technologie- zum Architektur-Computer

Prof. Dr. Manfred Feilmeier

Direktor des Instituts für Rechentechnik an der Technischen Universität

Braunschweig

Vor einigen Wochen berichteten die Zeitungen über einen neuen Supercomputer, der in Großbritannien für die mittelfristige Wettervorhersage installiert wurde. Es handelt sich um einen CRAY-1. In den nächsten Monaten wird derselbe Rechnertyp in einem Max-Planck-Institut in München seine Tätigkeit aufnehmen. Was ist das Besondere an diesem Rechner? Der CRAY-1 ist ein Vektor-Computer, also ein Rechner, bei dem Vektoroperationen besonders zeitsparend durchführbar sind. Obwohl diese Rechner intern weitgehend seriell arbeiten, entsteht doch für den Benutzer der Eindruck eines Parallel-Computers. Damit stehen Vektorrechner in der Mitte zwischen den üblichen seriell arbeitenden Computern und den Array-Computern, die hardwaremäßig über einen hohen Grad an Parallelität verfügen.

In diesem Sinne stehen wir an der Schwelle zu einer wichtigen technologischen Änderung: dem Übergang vom Technologie-Computer zum Architektur-Computer. Zweifellos ist der CRAY-1 mit seiner Zykluszeit von 12,5 Nanosekunden in erster Linie ein Technologie-Computer. Aber auch auf dem Gebiet der Parallel-Computer bringt die Mikroprozessortechnik fast dramatische Entwicklungen: bei einem führenden Computer-Hersteller denkt man zum Beispiel an einen Parallel-Computer aus 256 Mikroprozessoren mit einer Rechenleistung von zirka 20 Megaflop. Es könnte also durchaus sein, daß die Vektorrechner nur einen Zwischenschritt zu echt parallelen Architekturmaschinen darstellen. Einen Effekt hätte diese Entwicklung jedenfalls: Man käme zu modularen Computer-Konzepten, die einen extrem breiten Bereich an Rechnerleistung und Kaufpreis umfassen. Insbesondere würde man damit auch jene Preis-/Leistungsregionen erreichen, in denen sich heute (noch) Analog-Hybridrechner tummeln. Es gehört keine seherische Kraft dazu, auch auf diesem Teilmarkt den Sieg der rein digitalen Technologie vorherzusagen der Gastkommentator ist als Autor eines Buches über Hybridrechnen wohl unverdächtig, hier voreingenommen zu sein).

Wie reagieren die Computer-Hersteller auf diese Entwicklung? Hier muß man in Rechnung stellen, daß naturgemäß nur ein Teil jener Aufgaben parallelisierbar ist, die man heute mit dem Computer löst.

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"Mancher wittert hier den lukrativen Einstieg ins große Computergeschäft."

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In diesem Sinn kann es für die Hersteller also nur um eine Ergänzung ihres üblichen seriellen Produktspektrums gehen. Wenngleich hier noch manche geschäftspolitischen Festlegungen und Entscheidungen auf sich warten lassen, ganz abseits stehen will keiner der großen Hersteller. Und mancher der kleineren Hersteller wittert hier einen lukrativen Einstieg ins große Computergeschäft.

Diese Unternehmensentscheidungen werden natürlich stark davon beeinflußt, welcher Teil der heutigen und zukünftigen Computer-Anwendungen parallelisierbar ist.

Erste Kandidaten sind hier jene Applikationen, die schon bisher (teilweise) mit Analog-/Hybridrechnern durchgeführt wurden, also mit Parallel-Computern der ersten Stunde. In erster Linie kann man hier an die Simulation von Flugkörpern, Flugzeugen etc. denken. Geht man von der mathematischen Problemstruktur aus, so erweisen sich Systeme gewöhnlicher und partieller Differentialgleichungen als erstaunlich leicht parallelisierbar. Die mittelfristige Wettervorhersage über Systeme partieller Differentialgleichungen ist der zur Zeit vielleicht spektakulärste Einsatzbereich von Parallel-Computern. Aber auch für die Simulation von Kernkraftwerken und ihrem Betriebsverhalten dürften Parallel-Computer von erheblicher Bedeutung werden. Daß damit nur einige wenige Aspekte der Parallelen Numerik skizziert sind, liegt auf der Hand. Auf dem Gebiet der nichtnumerischen Datenverarbeitung wird man zunächst an die Bild- und Sprachverarbeitung denken. In weiterem Sinne scheint aber auch die kommerzielle Datenverarbeitung in hohem Grad parallelisierbar zu sein. Man denke beispielsweise nur an Banken und Versicherungen und an assoziative Speichertechniken.

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"Ohne kalkulierte Risikobereitschaft ist nichts zu gewinnen."

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Im Augenblick scheinen drei Weichenstellungen notwendig, will man in Europa und speziell in der Bundesrepublik die Entwicklung nicht verpassen:

- Die Computer-Hersteller müssen zukunftsweisende Entscheidungen treffen.

- Die Anwender müssen bereit sein, Parallel-Computer einzusetzen.

- Die Hochschulen und wissenschaftlichen Einrichtungen müssen sich mit den neuen Möglichkeiten befassen.

Soweit die Computer-Hersteller betroffen sind, handelt es sich natürlich um Entscheidungen von erheblicher finanzieller Tragweite. Aber ohne kalkulierte Risikobereitschaft ist hier wohl nichts zu gewinnen. Bei den Anwendern setzt der Einsatz paralleler Techniken oft ein Umdenken und ein gerütteltes Maß an Weitblick voraus. Vorangehen können am ehesten jene Unternehmen, die im halbstaatlichen Bereich angesiedelt sind. Eine Schlüsselstellung schließlich nehmen die Hochschulen und wissenschaftlichen Einrichtungen ein. Hier könnte sich die notwendige geistige Mobilität, das gedankliche Potential und eine gewisse Freiheit von kurzfristigem Kosten-/Nutzendenken so zusammenfügen, daß man die anstehenden Fragen akzeptiert und bearbeitet. Leider findet sich an den Hochschulen, insbesondere in den mathematischen Disziplinen, zu oft eine praxisferne Grundhaltung, als daß man zu überschäumendem - Optimismus neigen könnte. Vielleicht hat aber der Zwang der nächsten Jahre, sich potentiellen Studenten attraktiv darstellen zu müssen, hier auch seine positiven Auswirkungen: die realen Probleme waren immer noch die Interessantesten.