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SIMULATIONEN
Rechnen auf Grafikkarten
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
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4. November 2008

Dank moderner grafischer Benutzeroberflächen oder aufwendiger Computerspiele hat sich in den vergangenen Jahren auf so mancher Grafikkarte eine beträchtliche Rechenleistung angesammelt. In Heidelberg wurde nun ein auf Grafikarten basierender Rechencluster in Betrieb genommen, der zu den schnellsten 150 Rechnern der Welt zählt. Simuliert werden sollen hier unter anderem Sterne und Sternhaufen.

Omega Centauri

Kugelsternhaufen, hier ein Bild von omega Centauri, können auf den neuen Grafikkarten-Rechnern simuliert werden. Foto: NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA) / A. Cool (San Francisco State Univ.) und J. Anderson (STScI)

 Am Institut für Technische Informatik der Universität Heidelberg (ZITI) ist seit September 2008 Kolob, der erste Grafikkarten-basierende Rechencluster der Ruprecht-Karls-Universität, in Betrieb. Grafikkarten bieten im Vergleich zu herkömmlichen Prozessoren, wie sie in PCs verwendet werden, eine enorme Leistungssteigerung für parallelisierbare Rechenaufgaben.

Eine einzige Grafikkarten kann bis zu 128 Rechenoperationen gleichzeitig durchführen. Ursprünglich wurden solch leistungsfähige Grafikkarten zur Beschleunigung der Grafik bei Computerspielen entwickelt. Mittlerweile finden sie aber immer mehr Einsatz im wissenschaftlichen Bereich, wo höchste Rechenleistungen erforderlich sind.

Mit einer theoretischen Gesamtleistung von rund 17 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde befindet sich Kolob unter den schnellsten 150 Rechnern der Welt. Der Kolob-Rechencluster ist ein Gemeinschaftsprojekt des Zentrums für Astronomie (und hier des Instituts für Theoretische Astrophysik und des Astronomischen Rechen-Instituts) und des ZITI.

Die Astronomie-Institute werden auf dem Grafikkarten-Cluster ihre numerischen Simulationen für die Forschung an der Entstehung von Sternen und der dynamischen Entwicklung von Sternhaufen durchführen. Mit Hilfe des neuen Grafikkarten-Clusters erwarten sich die Forschergruppen eine erhebliche Beschleunigung dieser Rechnungen. Vor allem die Berechnung der Gravitationskraft, die dominierende Kraft in astrophysikalischen Prozessen, kann auf den Grafikkarten sehr viel effizienter durchgeführt werden.

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Der Durchbruch für den Einsatz von Grafikkarten für numerische Simulationen kam durch die Entwicklung einer allgemein zugänglichen Programmier-Schnittstelle des Graphikkartenherstellers Nvidia. Zuvor wurden astrophysikalische Berechnungen auf teuren, selbstentwickelter Hardware, den sogenannten GRAPE-Karten (GRAPE steht für gravity pipe), durchgeführt.

Die neue Grafikkarten-Technologie wird diese Nischenentwicklung in Zukunft ablösen. Im Bereich von numerischen Simulationen ist die Grafikkarten-Technologie noch in einer relativ frühen Entwicklungsphase. Deshalb werden die Wissenschaftler des ZITI und der astronomischen Institute verstärkt in Entwicklungen investieren, die eine breite Nutzbarmachung dieser günstigen Variante von Supercomputern ermöglichen.

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