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Ziele des Terascale-Systems

23.01.2004 | 10:22 Uhr | Peter Müller

Ziele des Terascale-Systems

Da das Virginia Tech erstklassige Forschung und Lehre im Bereich Informatik- und Ingenieurswissenschaften betreibt, ist die Hochschule auch auf einen erstklassigen Rechner angewiesen. Dieser soll einen breiten Anwendungsraum von Forschungsaktivitäten in den Bereichen Informatik, Computational Sciences und Ingenieurswesen unterstützen.

In Zukunft sollen auf dem X-Cluster sowohl Produktions- als auch Forschungsjobs laufen. Zusätzlich soll die interfakultative Zusammenarbeit zwischen Forschern, dem Rechenzentrum, akademischen Bereichen und externen Wissenschaftlern gefördert werden. Als Anwendungen sieht Virginia Tech unter anderem:

Nanoscale-ElektronikQuantenchemieComputational Chemistry/Biochemie (Simulation im Rechner)Aerodynamik mit multidisziplinärer Entwurfsoptimierung (dabei werden Ergebnisse der Festigkeitsrechnung, Gewichtsminimierung und Aerodynamik gekoppelt)MolekularstatistikAkustikStrömungsrechnungElektromagnetikEmulation von großen Netzwerken

Der Weg zum Terascale-Cluster

Bei der Anschaffung eines neuen Hochleistungsrechners für das Virginia Polytechnic Institute schränkte ein enges Budget die Auswahl stark ein. Daher schieden Komplettsysteme der einschlägigen Supercomputer-Anbieter aus. Off-the-shelf-Rechner, bestehend aus Standardkomponenten von der Ladentheke, schienen die richtige Lösung zu sein.
Verhandlungen mit Dell über ein Intel Itanium-2-System scheiterten aber aus Kostengründen. Als Nächstes evaluierte die Hochschule 64-Bit-Rechner von IBM, AMD und Hewlett-Packard. IBM-Rechner mit dem PowerPC 970 schieden durch den späten Liefertermin (frühestens Anfang 2004) aus. Die Computer der anderen Hersteller waren bei der geplanten Rechenleistung mit neun bis elf Millionen US-Dollar allein für die Rechner-Hardware zu teuer.

Apple kündigte jedoch schon im Juni 2003 den G5 mit IBM PowerPC-970-Prozessor an - eine neue Chance für Virginia Tech. Projektleiter Dr. Srindhi Varadarajan - der bis dahin noch nie an einem Apple-Computer gearbeitet hatte - nahm mit Apple Kontakt auf und evaluierte, ob sich der G5 für den geplanten Rechner eigne.

Die PowerPC-970-CPU im G5 basiert auf IBMs Power4-Architektur, enthält aber statt der dabei üblichen vier nur einen Prozessor. Dafür bietet die "Billigversion" über die extra für Apple hinzugefügte AltiVec-Einheit eine SIMD-Unterstützung (Single Instruction Multiple Data). Die SIMD-Spitzenleistung bei 2 GHz Takt liegt bei 16 GFlop/s, parallel dazu stehen theoretisch sogar noch einmal 8 GFlop/s aus den beiden klassischen Arithmetikeinheiten zur Verfügung.
Wird etwa ein bestehendes Fortran-Programm mit dem VAST-Präprozessor in ein C-Programm mit VMX-Befehlen (Vektorbefehlen) umgewandelt, kann es die SIMD-Einheiten ohne Anpassungen nutzen. Durch diese etwas umständlich anmutende Technik konnte man aber beispielsweise bei der BLAST-Suche, dem Vergleich von Genketten, einen Leistungszuwachs um den Faktor 2 bis 3 erzielen.

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