Melden Sie sich hier an, um auf Kommentare und die Whitepaper-Datenbank zugreifen zu können.

Kein Log-In? Dann jetzt kostenlos registrieren.

Falls Sie Ihr Passwort vergessen haben, können Sie es hier per E-Mail anfordern.

Der Zugang zur Reseller Only!-Community ist registrierten Fachhändlern, Systemhäusern und Dienstleistern vorbehalten.

Registrieren Sie sich hier, um Zugang zu diesem Bereich zu beantragen. Die Freigabe Ihres Zugangs erfolgt nach Prüfung Ihrer Anmeldung durch die Redaktion.

Parallelrechner für Geschäftswelt und Forschung, Teil 1

Von der naturnahen Simulation zu der blitzschnellen Datensuche

16.11.1990

Computer blicken nicht nur auf ein halbes Jahrhundert rasanter technologischer Entwicklung zurück, sondern gleichzeitig auch auf ein halbes Jahrhundert fehlgeleiteter Evolution. Denn immer noch arbeiten die meisten Rechner schlicht und einfach sequentiell, berechnen also immer nur ein Datenelement nach dem anderen. Die Welt um sie herum, deren Geschehen sie letztlich doch nachbilden beziehungsweise vorausberechnen sollen, ist aber ganz und gar nicht sequentieller Natur.

Will man etwa das Wetter vorausberechnen oder das Verhalten komplexen Strömungen, Strukturen oder Moleküle in einer komplizierten Umwelt, will man den dynamischen Handelsprozessen auf den Weltmärkten auf die Spur kommen oder aber schnell eine Information in einer riesigen Datenbank finden - stets scheint es schon von der Natur der Sache her viel besser, es stünde ein naturähnlich-parallelarbeitenden Rechner zur Verfügung. Moderne Rechnerkonzepte haben diese Wunschvorstellung nun erfüllbar gemacht: Heute gibt es bereits Parallelmaschinen mit mehr als 65 000 Prozessoren (64 K). Mit solchen Maschinen kann man die Welt und ihr verwirrendes Geschehen etwas lebensnäher abbilden, als dies je zuvor denkbar schien.

Alles Leben auf unserem Planeten basiert im Kern auf dem Wechselspiel unvorstellbar langer Ketten einzelner Aminosäuren sowie unglaublich verwickelter Proteinmoleküle. Will man Klarheit gewinnen, wie beispielsweise Erbanlagen mutieren und wie dadurch Krankheiten entstehen, so bieten Parallelrechner dafür eine in dieser Art früher undenkbare Plattform. Dabei handelt es sich nämlich um einen Rechner mit zahllosen Prozessoren miniaturisierter Ausführung, von denen wiederum jeder einzelne einem bestimmten Atom des fraglichen Molekülkomplexes zugeordnet wird.

Aufgabe des Rechner ist es, die dynamischen Prozesse innerhalb dieses Moleküls, aber auch an dessen Grenzen zu anderen Strukturen in einem einzigen Arbeitsgang - eben parallel - zu errechnen. Im Vergleich zu Großrechnern erhält man so das Resultat um den Faktor zehn schneller.

Die Daten worden in lokalen Speichern gehalten

Diese hohe Leistung wird unter anderem dadurch erreicht, daß die Daten bei einem Parallelrechner nicht erst aus einem fernen Speicher zu einer zentralen CPU gebracht werden müssen, ehe sie dort addiert, subtrahiert oder anderweitig behandelt werden können. Die Daten werden nämlich genau da parat gehalten, wo auch die Berechnungen selbst stattfinden in lokalen Speichern nahe den Prozessoren. Und ebenso werden auch alle Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Datenelementen direkt auf dieser Ebene der verteilten Prozessoren - und mithin zeitsparend parallel - berechnet.

Moderne Algorithmen, die man heute auf Daten anwendet, weisen jeweils ihre ganz eigenen Topologien auf, also ihre ganz eigenen Strukturen des wechselseitigen Aufeinander-Einwirkens der Daten. Im Falle typischer molekulardynamischer Berechnungen bedeutet dies, daß man jedes einzelne Atom hierbei als eigenes Datenelement betrachtet und zum exakten Simulieren der Atombewegungen und dann detailliert all jene Kräfte die zwischen diesen einzelnen Datenelementen beziehungsweise Atomen wirksam werden.

Dabei kommt ein bestimmter Algorithmus zum Einsatz, der in immer neuen Iterationsschritten gleichzeitig auf alle Datenelemente angewandt wird; er zieht außerdem auch gleich jene Daten-Interaktionen beziehungsweise Atom-Wechselwirkungen mit ins Kalkül, die aus der Tatsache resultieren, daß einzelne Atome oft sehr eng benachbart sind.

Dieses Interagieren benachbarter Datenelemente wiederum kann manchmal strikt lokal erfolgen. Es kann aber auch wie etwa bei Molekularsimulationen - dynamischer Charakteristik sein -und damit reflektieren, daß Atome nur zeitweise miteinander in Wechselwirkung treten. Dies geschieht vor allem dann, wenn sie infolge der Dynamik intramolekularer Prozesse vorübergehend in besonders engen Kontakt miteinander geraten. Hochgradig parallele Rechner eignen sich vor allem in Verbindung mit parallel orientierten Sprachen wie etwa Fortran 90 besonders gut, um solche Verhältnisse exakt nachzubilden.

Massiv parallele Rechner sind vor allem als Spezialrechner für datenintensive Aufgabenstellungen geeignet, für Fälle also, in denen pro Rechnerlauf 1 GB oder mehr an Daten verarbeitet beziehungsweise erzeugt werden. Zur Vorstellung: Die umfangreichsten der heute bekannten Anwendungen verarbeiten bereits bis zu 200 GB. Bei einer ingenieurwissenschaftlichen Aufgabenstellung müssen oftmals Gleichungssysteme mit 1000 X 1000 Elementen berechnet werden. Bis zur Ergebnisfindung können dabei durchaus stattliche 160 GB anfallen (Fortsetzung in der nächsten CW).