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12.02.1988

Wer braucht die Supercray- und wofür?

Mit dieser Frage wandte sich die COMPUTERWOCHE an verschiedene Anwender von Supercomputern. Anlaß der Befragung: Der Supercomputerpionier Seymour Cray leitet die Entwurfsarbeiten für einen Rechner mit 64 Prozessoren, der tausendmal schneller sein soll als die Cray-l. Sein Ex-Kollege Steve Chen arbeitet mit finanzieller Unterstützung der IBM ebenfalls an einer Multiprozessormaschine. Auch hier ist die Rede von 64 CPUs. Man darf gespannt sein, wer dieses Rennen gewinnt. Die Benutzer jedenfalls können es kaum erwarten, mehr Rechnerleistung und verbesserte Anwenderprogramme zu bekommen.

Jürgen Gottschewski

RZ-Leiter, Konrad Zuse Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB), Berlin

Wir bedienen in erster Linie Universitäts-lnstitute (Forschungsgruppen) in Norddeutschland. Bis Anfang 1987 hatten wir eine Cray-1 im Einsatz, die von einer Cray X-MP (zwei Prozessoren) abgelöst wurde. Die neue Maschine war sofort nach der Installation durch die angestauten Aufträge voll ausgelastet und der fünffache Leistungszuwachs damit aufgezehrt. Die Naturwissenschaftler arbeiten derzeit mit Rechenverfahren, die mehr Leistung benötigen, als die Systeme zur Verfügung stellen können. In der Verfahrensentwicklung werden Rechner gebraucht, die mindestens um den Faktor 10 schneller sind. Beispielsweise sind die jetzigen Maschinen für die Gesamtmodelle (Wasser und Atmosphäre) der Klimaforscher zu klein und viel zu langsam, um zu vernünftigen Ergebnissen zu kommen.

Das Hauptgebiet der Anwendungen auf der Cray X-MP ist die Physik (Oberflächen) einschließlich der Astrophysik. Hier werden kosmologische Modelle gerechnet. Hinzu kommt die Vielteilchenproblematik. Diese Anwendungen lasten den Rechner zu 40 Prozent aus. Die Geowissenschaftler beanspruchen die Cray zu 20 Prozent für Klima- und Lagerstättenforschung (Erdinneres) im Umfeld des Bergbaus, des Erdöls etc. Das nächste große Gebiet ist die theoretische Chemie, auf dem besonders die Quantenchemiker den Supercomputer besonders intensiv nutzen. Die Chemiker benötigen zusammen etwa 30 Prozent der Rechnerleistung. Die Ingenieurwissenschaftler haben derzeit mit 10 Prozent den geringsten Anteil. Allerdings verschlingen Simulationen dynamischer Prozesse (Beispiel: die Entstehung eines Risses in einem Reaktordruckrohr unter bestimmten äußeren Einflüssen) zunehmend ungeheure Rechenzeiten.

Aufgrund der Probleme unserer Anwender könnten wir sofort eine Supercray gebrauchen, vor allem für die Physiker und Chemiker.

Peter Grosse,

RZ-Leiter, Universität Kiel

Ich gehe davon aus, daß der Zuwachs an Rechnerkapazitäten im Bereich der Naturwissenschaften ähnlich rasant voranschreitet wie im Universalrechnerbereich. Bedingt ist das in sehr starkem Maße durch Modellierung, die bei den Naturwissenschaften immer stärker Einzug hält. Bei den Wirtschaftswissenschaften wird die Entwicklung meiner Ansicht nach ähnlich verlaufen; in den USA steckt das in den Anfängen. Weitere Felder für den Einsatz von Supercomputern an unserer Universität sind die Biologie und die Quantenphysik, die uns in zunehmendem Maße beschäftigen. In einigen Jahren könnten wir sicher eine Supercray benötigen, und zwar für die Modellierung in den Bereichen der Meereskunde und der Astrophysik. Wir werden ohne Probleme die uns zur Verfügung stehende Kapazität der jetzigen Cray ausnutzen - das steht außer Frage.

Dr. Klaus Hieronimus

Abteilungsleiter im technische Entwiklungszentrum, Adam Opel AG, Rüsselsheim

Eine leistungsfähigere Cray könnten wir in den nächsten Jahren durchaus gebrauchen. Im Rahmen der Produktentwicklung für PKWs erfordern statische und dynamische, lineare und nichtlineare Finite-Elemente-Rechnungen, Simulationsprogramme für die Vorherbestimmung von Radaufhängungskinematiken und Fahrverhalten sowie Crash-Berechnungen umfangreiche Rechnerkapazitäten. Bei unserer jetzigen Maschine wird seitens unserer Benutzer über Engpässe geklagt, so daß bereits jetzt über einen Ausbau nachgedacht wird.

Erwartungen haben wir ferner in bezug auf die Software: Wir benötigen leistungsfähigere Softwaremodule, das heißt insbesondere Algorithmen, die die Architektur der Anlage noch besser ausnutzen. Was das Finite-Elemente-Programm betrifft, ist dies Aufgabe des Herstellers, und wir hoffen auf eine Verfügbarkeit wesentlich verbesserter Programme zu Beginn der neunziger Jahre.

Professor Dr. Roland Rühle

Wissenschaftlicher Direktor am Rechenzentrum der Universität Stuttgart

Wir könnten bereits heute eine leistungsfähigere Cray benötigen, speziell für Anwendungen wie Flüssigkeits- und Strömungsmechanik, Festkörperphysik und theoretische Chemie. Zunächst wäre uns mit der drei- bis vierfachen Leistung der jetzigen Cray-2 gedient, denn für komplexe Probleme benötigt sie 30 bis 100 Stunden. Dieser Faktor wird in den nächsten fünf Jahren noch steigen. Die Cray-2 ist dabei derzeit der einzige Supercomputer am Markt, der genügend Speicherplatz und Anwendungssoftware bietet. Ein entscheidender Vorteil ist die Verfügbarkeit über ein Netz, denn die direkte Verbindung zu einer Workstation ist absolut notwendig. Einen Supercomputer über einen Vorrechner zu betreiben, ist antiquiert. Wir hoffen, daß mit der Cray-3 und 4 die bisherige Linie fortgesetzt wird. Die Cray-2 betrachten wir hauptsächlich als Übungssystem für die 3 und 4.

Für das Design von ÜberschallFlugkörpern etc. sind leistungsfähigere Maschinen und mehr Rechenzeit vonnöten. Die gesamte Ozeanforschung, die Untersuchung des Ozonloches sowie alles, was mit der Optimierung der Klimavorgänge zu tun hat, auch die Schadstoffverringerung in Kohlekraftwerken und bei Dieselmotoren erfordern deutlich höhere Rechenleistungen (um den Faktor 100 bis 1000), als jetzt vorhanden sind, um Simulationen durchführen zu können. In der Chemie ist die molekulare Untersuchung von Arzneistoffen noch kaum erforscht.

Genauso wichtig wie die Entwicklung von Supercomputern für derartige Anwendungen ist jedoch die Weiterentwicklung numerischer Verfahren. Die Entwicklungsrichtung und -geschwindigkeit der CrayNachfolger ist meiner Ansicht nach richtig, nur wäre es auch gut, wenn wir die Rechner nach Ankündigung so schnell wie möglich bekommen könnten.

Ganz entscheidend ist auch die Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Parallelrechnernumerik. Um wichtige Anwendungen in größerem Umfang durchführen zu können, brauchen wir die nächste Generation von Supercomputern. Von Herstellerseite muß noch einiges getan werden, damit die theoretische Leistung der Maschinen auch tatsächlich in Anwenderprogrammen ausgenutzt werden kann. Dabei muß auch das Betriebssystem optimiert werden.

Dr. Hans Gerd Siepmann

Leiter des FE-Rechenzentrums, Volkswagen AG. Wolfsburg

Die Ankündigung eines Superrechners für zukünftig noch höhere

Rechnerleistung durch Parallelrechentechnik ist wie schon bei allen früher begonnenen Vorhaben dieser Art auch Ausdruck des anwenderseitig vorhandenen Bedarfs an immer schnellerer rechnerischer Abwicklung. Das gilt um so mehr, als dieses Projekt ja nicht schon heute, sondern wohl erst in einigen Jahren für den Anwendungseinsatz bereit sein wird.

Bis dahin entwickeln sich entsprechend den steigenden rechnerischen Möglichkeiten auch die Anwendungen weiter, so daß für den Bereich der technischen Berechnungen auch völlig neue Ansätze zu finden sein werden. Sicher ist aber, daß auch die heutigen Groß- und Größtrechneranwendungen, zum Beispiel Berechnung und Simulation technischer Vorgänge, dazu gehören werden.

Mit schnellerer Berechnung lassen sich komplexe Aufgaben noch schneller lösen.

Professor Dr. Friedel Hoßfeld

Direktor des Zentralinstitut für Angewandte Mathematik, Kernforschungsanlage Jülich GmbH. Jülich

Zwei Themenkomplexe sind heute besonders wichtig unter dem Gesichtspunkt, international in der Forschung konkurrenzfähig zu sein: die Strömungsmechanik und die Festkörperphysik. Die einzige Möglichkeit der Analyse von hier auftretenden Problemstellungen ist die Simulation eines dreidimensionalen Systems, die nur auf einem Computer realisiert werden kann. Bei Strömungsberechnungen kommt man im Nu auf Hunderte von CPU-Stunden. Auch auf dem Gebiet der Festkörperphysik sind Supercomputer das einzige Instrument, mit dem Problemräume ausgelotet werden können.

Eine Supercray würde man benötigen, wenn es darum geht, Materialien zu optimieren. Die zukünftige industrielle Wettbewerbsfähigkeit wird zunehmend bestimmt von Materialfragen, auch im Hinblick auf Energieeinsparung. Die heutigen Supercomputer sind sehr nützliche Instrumente für diese komplexen Anwendungen, sie haben aber Engpässe an allen Ecken und Enden. Hier ist insbesondere die Datenkommunikation, die Speichergröße sowie die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Komponenten zu nennen. Mit Hilfe neuer Techniken und Konzepte muß jeweils der dramatischste Engpaß eliminiert werden.

In der Kernforschungsanlage liegen die Schwerpunkte des Supercomputereinsatzes zu zwei Drittel bei der Festkörperforschung. Ein weiterer zunehmend expandierender Bereich ist die Umweltforschung. Hier gibt es die Kopplung zwischen Gleichungen für Ökosysteme in Verbindung mit Strömungsproblemen und chemischen Reaktionen. Ein weiteres Problem, das wir mit unserem Supercomputer adressieren, sind Strömungen und Verbrennungsvorgänge mit schnellen chemischen Reaktionen.

Für die neunziger Jahre hoffen wir auf technisch schnellere Maschinen basierend auf Konzepten, wie sie von Cray, Fujitsu oder Control Data entwickelt werden. Darüber hinaus verfolgen wir mit Interesse die Entwicklung von Parallelrechnern, wie sie zum Beispiel im Suprenum-Projekt geplant sind. Bei diesen beiden Rechnerklassen gibt es allerdings auf Informatikseite noch viele ungelöste Probleme.

Die Bedürfnisse unserer Benutzer werden von dem derzeitigen Supercomputer nur unzureichend erfüllt. Wir könnten schnellstmöglich eine Supercray gebrauchen.