GPI: Programmiermodell nutzt Supercomputer besser

Ein neues Programmiermodell soll die Arbeit mit Supercomputern auf eine neue Stufe heben. Denn das seit 20 Jahren eingesetzte Message Passing Interface (MPI) stößt zunehmend an seine Grenzen.
„Ich hatte eine Berechnungs- und Simulationsaufgabe für seismische Daten zu lösen“, sagte Carsten Lojewski vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. „Aber mit bisherigen Methoden ging das nicht. Probleme waren mangelnde Skalierbarkeit, die Begrenzung auf eine block-synchrone, zweiseitige Kommunikation und die fehlende Fehlertoleranz. Darum habe ich aus eigenem Interesse heraus angefangen, ein neues Programmiermodell zu entwickeln.“

Am Ende dieser Entwicklung stand das Global Address Space Programming Interface (GPI), das die parallele Architektur von Hochleistungsrechnern deutlich besser nutzen soll. GPI beruht dabei auf einem asynchronen Kommunikationsmodell. Jeder Prozessor kann damit wahlfrei auf alle Daten direkt zugreifen – egal auf welchem Speicher sie liegen und ohne andere parallel ablaufende Prozesse zu beeinflussen.

Ähnlich wie das Programmiermodell von MPI ist GPI nicht als parallele Programmiersprache entwickelt worden, sondern als parallele Programmierschnittstelle und kann daher universell eingesetzt werden. Der Bedarf für eine solche skalierbare, flexible und fehlertolerante Schnittstelle ist groß und wächst, allzumal auch die Anzahl der Prozessoren in den Superrechnern exponentiell ansteigt.

In den ersten Anwendungsfällen konnte GPI sich bereits in der Praxis beweisen. „Beispiel Aerodynamik: Einer der Simulationseckpfeiler im europäischen Aerospace-Umfeld, die Software TAU, wurde in einem Projekt mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR auf die GPI-Plattform portiert. Mit dem Ergebnis, das wir die parallele Effizienz erheblich steigern konnten“, berichtete Christian Simmendinger von T-Systems Solutions for Research.

GPI gilt damit als Schlüssel, um die nächste Generation von Supercomputern zu ermöglichen: Die Exascale-Rechner. Diese Systeme mit Leistungen im Exaflops-Bereich werden voraussichtlich ab 2018 zur Verfügung stehen. Sie sollen mit ihrer deutlich höheren Performance helfen, wissenschaftliche Probleme zu lösen, für die heute schlicht noch die Rechenkraft fehlt.

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