Supercomputer der nächsten Generation Der Kosmos im Schaltkreis

MareNostrum befindet sich in der ehemaligen Kapelle auf dem Campus der polytechnischen Universität von Barcelona

(Foto: Foto: AIP)

Gleichzeitig statt nacheinander

Ein Plan von Cray sieht vor, das Verhältnis umzukehren: Der Computer passt sich der Anwendung an. Indem die Prozessoren selbst für die beste Verknüpfung untereinander sorgen, könnte der wissenschaftliche Wissensdurst effizienter gestillt werden als durch pure Rechenkraft.

Das Cray-System macht sich zu Nutze, dass Prozessoren auf bestimmte Rechenoperationen spezialisiert sind. Allzweck-Prozessoren aus normalen PCs führen Befehle nacheinander aus - sie eignen sich gut für Alltagsanwendungen, in denen ganz unterschiedliche Probleme gelöst werden müssen. Der Vektorprozessor kann dagegen den gleichen Rechenschritt auf vielen Datenpaketen gleichzeitig durchführen. Er zieht beispielweise fast simultan fünf von den Zahlen eins bis zehn ab.

Ein dritter Prozessortyp kann sogar mehrere Dinge gleichzeitig erledigen. Da Prozessoren meistens schneller fertig sind, als sie neue Daten aus dem Speicher geliefert bekommen, verbringen sie viel Zeit mit Warten. Der "mehrfädige" Prozessor hat den Überblick über mehrere Arbeitsabläufe gleichzeitig und kann in der Wartezeit an einem anderen Problem weiterrechnen.

Digitale Handlanger

Obwohl heute Supercomputer meist aus den günstigen, handelsüblichen Standardchips aufgebaut sind, könnten einige Probleme vom Einsatz der spezielleren Prozessoren profitieren. Leider haben Wissenschaftler nur selten für jede Anwendung den richtigen Typ zur Hand.

Cray plant ein anpassungsfähiges System, in dem unterschiedliche Prozessortypen zum Einsatz kommen sollen. Jede Anwendung soll von den Prozessortypen profitieren, die für sie am besten geeignet sind. Sogar einzelne Programmteile könnten auf verschiedenartige Chips verteilt werden. Eine neuartige Software soll automatisch Rechenschritte erkennen, die sich beispielsweise gut auf Vektorprozessoren ausführen lassen und ihnen diesen zuweisen.

Darüberhinaus gebe es noch die Möglichkeit, verstärkt so genannte Coprozessoren zum Einsatz zu bringen, sagt Ulrich Brüning. In diesen digitalen Handlangern lassen sich spezialisierte Rechenoperationen einprogrammieren, die nicht im Hauptprozessor vorhanden sind. "Der Prozessor stößt dann den Coprozessor an und sagt: Mach mal den Kleinkram. In der Zeit kann der Hauptprozessor schon was anderes machen", erklärt Brüning.

Simluationen 50 mal schneller

Auch für physikalische Simulationen des Universums gibt es bereits solche Coprozessoren, sie berechnen die Anziehungskraft zwischen zwei Teilchen. "Wir schicken vorne Teilchenpositionen rein und bekommen hinten die Gravitationskraft raus", sagt Rainer Spurzem vom Astrophysikalischen Recheninstitut am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg. Der spezialisierte Chip macht Simulationen wie die von Stefan Gottlöber mehr als fünfzigmal schneller.

Beim "adaptiven Supercomputing", wie Cray seine Entwicklung nennt, könnten solche Coprozessoren auch in Großrechnern zum Einsatz kommen. "Im Prinzip ist das denkbar", sagt Rainer Spurzem.

Crays Neuentwicklung mit dem vorläufigen Namen "Cascade" würde dann bei Anwendungen, für die ein nützlicher Coprozessor vorhanden ist, dessen Fähigkeiten rekrutieren. Der Einblick, den Physiker in die Entstehung des Universums gewännen, wäre um einiges detailreicher.