PUTZ 6/01

Forschung

Preiswerte Superrechner

Antrittsvorlesung von Bettina Schnor über Cluster Computing

Wettervorhersagen, Klima­modellierungen, aber auch Crash-Simulationen für die Entwicklung neuer Fahrzeug­modelle werden durch große nichtlineare Gleichungssys­teme beschrieben. Solche numerischen Probleme erfor­dern enorme Rechnerkapa­zitäten, um in einer gegebenen Zeit gute Näherungslösungen zu berechnen. Bis vor etwa zehn Jahren konnten Auf­gaben dieser Art nur mit Hilfe von extrem teuren Supercom­putern bearbeitet werden, die das Gleichungssystem sozusa­gen auf viele Rechenknoten verteilten und parallel lösten.

nic” wurden auf einem preis­günstigen Cluster erzeugt. Im Sommer 1997 brachte die kali­fornische Firma Digital Domains einen Cluster aus 105 DEC­Alpha-Prozessoren zum Laufen. In nur drei Monaten berech­neten sie darauf rund 300 000 einzelne Bilder, die so hoch­aufgelöst und detailliert waren, dass manche den Umfang von 100 Megabyte erreichten.

Ein Cluster aus einzelnen Rechnern funktioniert nur, wenn die Kommunikation und das Datenmanagement effizient geregelt sind. Und dies sei keineswegs trivial, erklärte Schnor. Denn

obgleich die

Cluster Computing Technik kommt immer häufiger zum Einsatz. Selbst die

Trickeffekte im Kinofilm“Titanic” entstanden mit ihrer Hilfe.

Doch in den letzten Jahren sind auch die gewöhnlichen PC­Prozessoren so leistungsfähig geworden, dass Informatiker Standardrechner zu einem virtuellen Superrechner vernet­zen können und so nahe an die Rechenleistung der teuren Maschinen herankommen.

Dieses so genannte: Cluster Computing ist auch das For­schungsgebiet von Prof. Dr. Bettina Schnor, die seit April 2000 an der Universität Potsdam lehrt und nun ihre Antrittsvorlesung gehalten hat.

Trickeffekte für Titanic

Den bislang vielleicht spekta­kulärsten Erfolg der Cluster Computing Technik konnte man vor einiger Zeit im Kino begutachten: Denn die. Trick­effekte für den Kinofilm“Tita­

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Foto: Repro

Hardware immer besser und schneller geworden ist, hinkt die Softwareunterstützung hinter­her.

Wissenschaftler, die an der Leistungsgrenze ihrer Rechner arbeiten wollen, müssen daher in der Regel auch. die Software selbst weiterentwickeln. Die In­formatikerin schwört deshalb auf das Open-Source Betriebssystem Linux. Denn hier steht der Quellcode jedem zur Verfü­gung, und Optimierungen sowie die Behebung von Fehlern sind viel einfacher möglich als bei dem aufgeblähten Betriebssys­tem Windows.

Unter den besten 500

Clusterrechner haben heute schon längst ihren festen Platz unter den. 500 schnellsten Rechnern der Welt erobert. Für

die Suchmaschine Google sind zum Beispiel 8000 Prozessoren zu einem Cluster zusammen­geschaltet, um so schnell wie möglich das Internet zu durch­forsten.

Der Clusterrechner„Ägäis“ in der Arbeitsgruppe von Bettina Schnor wirkt dagegen auf den ersten Blick recht bescheiden. Er besteht nur aus acht Doppel­prozessoren, aber diese sind mit einer Gigabit-Ethernet-Verbin­dung vernetzt, die eine beson­ders schnelle Kommunikation ermöglicht(ein Gigabit pro Sekunde).

Schnelle Kommunikation

Doch derzeit kommen im Cluster Computing noch Stan­dardtransportprotokolle wie TCP/IP zum Einsatz, die auch im Internet verwendet werden. Dadurch liegt der erzielte In­formationsdurchsatz weit unter den technischen Möglichkeiten des Gigabit Ethernets. Die Arbeitsgruppe Schnor beschäf­tige sich daher mit der Entwicklung und Erprobung von Leichtgewichtprotokollen, die weniger“umständlich” sind und eine schnellere Kommuni­kation erlauben. Ein weiteres Forsehungsgebiet von Bettina Schnor ist das Ressourcenmanagement für die so genannten CluMPs(Cluster of Multiprocessors). Da sich die Prozesse einer parallelen Anwen­dung durch die Kommunikation regelmäßig synchronisieren, bremst der langsamste Prozess in der Regel die gesamte parallele Anwendung aus. Eine Karawane aus Kamelen kommt auch nur so schnell voran wie das langsamste Tier. Eine ungleiche Lastsitu­ation kann daher für eine paral­lele Anwendung fatal sein. Die Karawanenführer versuchen des­halb, die Last geschickt zu ver­teilen, damit die schwachen Tiere nicht zurückbleiben und das Tempo der Gruppe so hoch wie möglich bleibt. Die Pots­damer Informatiker wenden dieses Karawanenprinzip auf ihren Clusterrechner an und suchen. neue Strategien zur Lastverteilung.

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‚Aus dem Leben

von Elektronen

Seit dem Stern-Gerlach-Experi­ment(1921) ist bekannt, dass Elektronen einen Elektronen­spin besitzen. Der Eigendreh­impuls des Elektrons(englisch: Spin) erzeugt ein kleines mag­netisches Feld, welches entwe­der„up“ oder„down“ gerichtet ist. Der Spin ist dabei starren Gesetzen unterworfen, so dass man durch seine Messung genaue Informationen über die chemischen Bindungen in

Molekülen gewinnen kann. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Peter Strauch vom Institut für

Im Labor zu Hause: Prof. Peter Strauch Foto: Tribukeit

Anorganische Chemie der Universität Potsdam arbeitet mit der Methode der Elektron­Paramagnetischen Resonanz (EPR), die oft auch als Elektron­Spin Resonanz(ESR) bezeich­net wird. Diese Methode ist mit der magnetischen Kernresonanz (NMR) eng verwandt, die inzwischen auch in der Medizin häufig eingesetzt wird. In seiner Antrittsvorlesung stellte Peter Strauch die Methode der Elektron-Paramagnetischen Resonanz ausführlich vor und zeigte ihre Möglichkeiten auf. Dafür wählte er Beispiele aus seinem Forschungsgebiet, der Koordinationschemie von Haupt- und Nebengruppenele­menten.

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