Proseminar „Architekturen von Hochleistungsrechnern“

Ein Supercomputer stellt eine Rechenleistung zur Verfügung, die um mehrere Größenordnungen über der Rechenleistung einzelner PCs liegt. So erreicht der aktuell schnellste Rechner der Welt, der K Computer, knapp 10 Petaflops, d.h. 10^16 Fließkommanaoperationen pro Sekunde, ein normaler Desktop PC bewältigt “nur” gut 10^9 Operationen. Der Aufbau eines Hochleistungsrechners aus verschiedenen Basiskomponenten und dessen Konstruktion wird als Architektur bezeichnet. Es gibt viele kreative Möglichkeiten einen Hochleistungsrechners aufzubauen. Mainframes sind monolitische Großrechner, im Gegensatz dazu sind in einem Cluster Computer viele unabhängige Systeme miteinander vernetzt. Eng verknüpft mit der Architektur ist auch das Programmiermodell, die Anbindung an das Speichersystem der einzelnen Prozessorelemente ist hierbei entscheidend.

In diesem Seminar werden verschiede Architekturen von Supercomputern beleuchtet.

Beachten Sie auch unsere allgemeinen organisatorischen Hinweise zu Proseminaren.

Das Proseminar eignet sich für Studierende der Informatik in den Diplom- und Bachelorstudiengängen. Studierende anderer Studiengänge müssen die Anrechnung mit dem jeweiligen Prüfungsausschuss klären.

Interessierte Zuhörer sind auch herzlich willkommen.

• Nathanael Hübbe
• Michael Kuhn
• Dr. Julian Kunkel

Die Themenliste hier gibt eine erste Übersicht über den Inhalt des Seminars, die Liste wird noch nach Absprache mit den Teilnehmern angepasst.

• Grundbegriffe & Architekturprinzipien
  • Ebenen des Parallelismus (instruction level, thread level, Daten, pipelining)
  • SISD, SIMD, MIMD, MISD
  • Speicheranbindung: Gemeinsamer vs. verteilter Speicher
  • (Unbedingt Folien von T.Ludwig und MIT (s.u.) anschauen)
• Superskalare Prozessoren
  • Ein Superskalarer Prozessor führt mehrere Operationen gleichzeitig aus
  • Compiler vs. run-time scheduling
  • Spekulative und out-of-order Ausführung
  • Technik und Implementation
• Gemeinsamer Speicher
  • Cache Kohärenz
  • Virtueller gemeinsamer Speicher
  • Technik und Implementierung
• Heterogene Systeme
  • GPU oder FPGA Unterstützung
  • Details zur Technik und Umsetzung
• Architekturen in der Top500 Liste
  • Historie der Informatik inkl. Benennung diverser (Computer) Systeme

Bei diesen Themen sollen Details zur Rechnerarchitektur gegeben werden. Wie kommunizieren, berechnen und speichern die einzelnen Architekturen (und gerne reale Systeme) Daten. Die Angegebenen Systeme sind lediglich Beispiele, hier ist noch vieles möglich.

• Historische Architekturen
  • Mainframes
  • Vektorrechner
• Massively Parallel Supercomputer (Cluster / MPP)
  • Blue Gene Q
  • K Computer
• Forschung im Bereich der Architekturen
  • “Fresh Breeze” Architektur
• Heterogene Architekturen
  • Tianhe 1a
  • Convey HC-1 (ex)

Weitere Themen können gerne vorgeschlagen werden.

• Termine bis einschließlich 12. 12. 2012 finden nicht statt.

• 19. 12. 2012 Heterogene Systeme – Robert Pfeffer ¹⁾
• 30. 1. 2013 Gemeinsamer Speicher – Hanno Hilbert ²⁾

• Introduction to Parallel Architectures