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Dresden ist Hochburg für GPU-Supercomputer

Dresden ist Hochburg für GPU-Supercomputer

Immer mehr Forscher weltweit setzen GPU-Supercomputer ein, um zu simulieren, welche Prozesse sich zum Beispiel in kosmischen schwarzen Löchern, in glühend heißen Schmelzen oder im Verkehrschaos urbaner Metropolen abspielen - und Dresden zählt in dieser noch jungen Disziplin zu den Hochburgen in Europa.

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Physiker Dr. Michael Bussmann lehnt am GPU-Computer im Helmholtzzentrum Rossendorf.

Quelle: Carola Fritzsche

Das hat Physiker Michael Bussmann vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eingeschätzt, der selbst solch eine darauf spezialisierte Nachwuchsforscher-Gruppe leitet.

"GPU" steht in der Informationstechnologie für "Graphic Processing Unit". Was heißt: Statt energiehungrige klassische arithmetische Computerrechenwerke setzen Bussmann und seine Kollegen die selben Chips ein, die auf Grafikkarten (Graka), wie sie in jedem PC stecken, werkeln. Anders als bei ihren Prozessor-Kollegen aus dem klassischen Computer-Lager teilen sich bei diesen Grafikchips nicht nur zwei bis acht, sondern Hunderte oder gar Tausende Prozessorkerne parallel in die Rechenarbeit und greifen enorm schnell auf den Speicher zu.

All dies hat findige Tüftler auf den Gedanken gebracht, Grakas für wissenschaftliche Zwecke einzuspannen: überall dort, wo in aufwendigen mathematischen Modellen das Verhalten und Zusammenspiel unzähliger Einzelakteure parallel zueinander simuliert werden muss. Diese "Akteure" können zum Beispiel die Tausenden von Autos sein, die zeitgleich in einer Großstadt unterwegs sind, oder auch Milliarden von Elektronen und Atomkerne, die in einem Teilchenstrahl einer Schwerkraftfalle im All zu entfliehen versuchen. Bussmann ist überzeugt, dass sich GPU-Supercomputing bald immer mehr Forschungsgebiete erobern wird.

Das Konzept hat den Rossendorfern bereits internationale Erfolge beschert: Mit ihrer Graka-Simulation des Flusses von Milliarden Elektronen in heißen Gasstrahlen aus Sternen wurden sie für den "Gordon-Bell-Preis" der "Association for Computing Machinery" (ACM) nominiert. Gewonnen haben sie zwar letztlich nicht, "aber schon die Nominierung war eine große Ehre", betont Bussmann.

Verwendet hatten sie dafür den Titan-Supercomputer am "Oak Ridge National Laboratory" in den USA, den sie 16 Stunden lang mit insgesamt 18 000 Grafikkarten schwitzen ließen. "Das war ein total spannendes Projekt", erzählt der 24-jährige Diplomand Axel Hübl von der Rossendorfer Nachwuchsgruppe begeistert. "An solche Technik wie hier in der Gruppe kommt man sonst kaum ran." Toll sei vor allem die interdisziplinäre Zusammenarbeit: "Wir sind ein junges Team, in dem Physiker, Informatiker und viele andere kooperieren, in der jeder seine ganz eigenen Ideen in die Konzepte und die Auswertung einbringt."

Da allerdings nur selten ein Rankommen an den "Titan" ist, haben die Forscher einen eigenen Grafik-Supercomputer in Rossendorf installiert. Als Bussmann den gut gesicherten und von Lüftergebrüll erfüllten "Hypnos"-Supercomputerkomplex vorführt, wird schnell ein Vorteil der Grafikprozessoren deutlich: Der klassische Supercomputer-Teil nimmt etwa den Platz von drei Schrankwänden ein und schafft eine Rechenleistung von 71,9 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde (Teraflops). Der GPU-Supercomputer dagegen, in dem 68 "Kepler"-K20-Grafikprozessoren von Nvidia rechnen, füllt noch nicht mal einen Schrank aus - und kommt mit 84,1 Teraflops sogar auf mehr Leistung bei weniger Stromverbrauch. "Auch die Anschaffungskosten sind zwei bis dreimal niedriger", betont Bussmann.

Inzwischen hat sich in Dresden ein richtiges GPU-Cluster gebildet: Neben dem HZDR setzen Forscher der TU, die Max-Planck-Genetiker in Johannstadt und viele andere Grafik-Supercomputer ein. Grafikprozessor-Designer "Nvidia" hat Dresden als "Center of Excellence" für seine Programmiersprache CUDA eingestuft.

Und im Bussmann-Team schwirren bereits die nächsten Ideen durch die Köpfe: "Wir wollen simulieren, was ein Laser mit mehreren Milliarden Elektronenvolt in ein Gas schießt", verrät Bussmann. Was zunächst sehr theoretisch klingt, zielt perspektivisch auf sehr praktische Verbesserungen für Krebspatienten: Die Idee dabei ist, letztlich sehr kompakte Röntgenlaser zu konstruieren, die sich jedes Krankenhaus leisten kann, um wie mit einem Super-Präzisionsskalpell Tumore zu entfernen.

Aus den Dresdner Neuesten Nachrichten vom 17.12.2013

Weckbrodt, Heiko

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