Das WIN-Kolleg

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FACING THE MULTICORE-CHALLENGE
17. bis 19. März 2010
Veranstalter:
Dr. Rainer Keller (Stuttgart), David Kramer (Karlsruhe), Jun.-Prof. Dr. Jan-Philipp
Weiß (Karlsruhe)
Die numerische Simulation von physikalischen Prozessen und naturwissenschaftli-
chen Problemstellungen hat sich neben der Theorie und dem Experiment als dritte
Säule zur Findung wissenschaftlicher Erkenntnisse etabliert. Aufgrund von schnellen,
kostengünstigen und aussagekräftigen Ergebnissen wird diese in vielen wissenschaft-
lichen Disziplinen als wichtiges Hilfsmittel verwendet und trägt somit zur Lösung
von gesellschaftsrelevanten Fragestellungen wie etwa im Bereich der Medizin-
technik, der Energieforschung oder der Klimasimulation bei. Für eine detaillierte
Simulation sind allerdings eine enorme Rechenleistung sowie eine beträchtliche
Speicherkapazität erforderlich.
Die weiter rasante Steigerung der Rechenleistung ist seit wenigen Jahren aller-
dings aufgrund des Erreichens technischer Grenzen nur noch auf der Basis von vie-
len parallelen Rechenkernen und mittels hoch spezialisierter Recheneinheiten mög-
lich. Diese Entwicklung auf der Hardwareseite zieht jedoch einen tiefen Einschnitt
und Paradigmen-Wechsel bei der Erstellung von leistungsfähiger Software nach sich.
Während Prozessoren von aktuellen Desktop-Rechnern bereits mit zwei, vier oder
sechs Rechenkernen ausgestattet sind, verfügen moderne Grafikkarten bereits über
mehrere hundert parallele Recheneinheiten. Die in derTop500-Liste der schnellsten
Rechner der Welt aktuell führenden Systeme verwenden bis zu 300.000 Prozessor-
kerne. Systeme mit bis zu einer Millionen Kerne sind in Planung. Die nächste Hürde
im ExaFlop-Bereich mit 1018=l.000.000.000.000.000.000 Rechenoperationen pro
Sekunde ist bereits in Reichweite.
Einhergehend mit der komplexeren Hardware erhöht sich die Komplexität der
hierfür entwickelten Software auf allen Ebenen. Sämtliche Anwendungen, numeri-
sche Verfahren, Algorithmen und Implementierungen, bereitgestellte Bibliotheken,
Betriebssysteme und Werkzeuge müssen die hochgradige Parallelität der Hardware
widerspiegeln und mit Blick auf die weitere Skalierbarkeit ausgelegt werden. Durch
die erforderliche Anpassung und die Überarbeitung der Algorithmen, das parallele
Denken, die Vielzahl an vorhandenen Technologien und Programmierumgebungen,
die zunehmende Heterogenität der Hardware, die mangelnde Unterstützung durch
Werkzeuge, das Fehlen von Standards, sowie die Notwendigkeit für vertiefte Hard-
warekenntnisse werden die Programmierer vor beträchtliche Herausforderungen
gestellt, die mithin als „Multicore-Challenge“ bezeichnet werden. Besonders für
bestehende Simulationspakete, welche über viele Jahre hinweg in Forschungsein-
richtungen und im industriellen Bereich entwickelt wurden, ergeben sich hier große
und kaum lösbare Probleme.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Nachwuchskonferenz Facing the Multicore-
Challenge der Heidelberger Akademie der Wissenschaften zum Ziel gesetzt, den