Ein Stencil (dt: Stempel), ist ein Muster benachbarter Punkte in einem Gitter. In vielen Anwendungen, etwa in der Bildverarbeitung oder in der Simulation physikalischer oder chemischer Prozesse (Verbreitung von Druck oder Temperatur, Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen) bestimmt sich der neue Wert eines jeden Gitterpunktes über die vorherigen Werte an bestimmten benachbarten Punkten, dem Stencil. „In der Anwendung wird dieser Prozess mathematisch als eine Differentialgleichung beschrieben. Heutzutage müssen derartige Gleichungen unter hohem Aufwand von Hand in hochkomplizierten Code umgesetzt werden, der die Bestandteile eines Supercomputers so nutzt, dass eine möglichst hohe Rechengeschwindigkeit erzielt wird“, erklärt Prof. Christian Lengauer, Inhaber des Lehrstuhls für Programmierung und Koordinator der Forschergruppe.
Prof. Lengauer ist auch Mitglied des Leitungsgremiums des neuen DFG-Schwerpunktprogramms „Software for Exascale Computing“ (SPP 1648), Kurzname: SPPEXA, zu dem ExaStencils gehört. Das Schwerpunktprogramm umfasst insgesamt 13 Gruppen.
Exascale Computing beschreibt das Rechnen mit wenigstens 1018 (eine Eins mit 18 Nullen) Rechenschritten pro Sekunde. Die zurzeit schnellsten Supercomputer schaffen 1016 Schritte und betreiben dafür Hunderttausende Prozessoren gleichzeitig. Die Zusammenarbeit derartig vieler Prozessoren an einer gemeinsamen Aufgabe stellt immense Herausforderungen an die Softwaretechnologie. Neben der extrem hohen Rechengeschwindigkeit sollen auch eine möglichst automatisierte Erstellung der Software, optimiert für die vorliegende Anwendung und den jeweils anvisierten Supercomputer, ein möglichst geringer Energiebedarf und eine möglichst hohe Ausfallsicherheit erreicht werden. Alle Forschergruppen im Schwerpunktprogramm werden sich diesen Zielen ab Januar 2013 in zwei dreijährigen Förderphasen widmen.
Die Forschergruppe ExaStencils verteilt sich auf drei Standorte. An der Universität Passau ist der Lehrstuhl für Programmierung (Prof. Lengauer und Dr. Armin Größlinger) für die automatische Parallelisierung des Programmcodes zuständig. Die Emmy-Noether-Gruppe für Softwareproduktlinien (Dr.-Ing. Sven Apel) verwaltet Tausende verschiedener möglicher Stencilprogramme sowie entsprechendes Anwendungswissen in Form einer Produktlinie, so dass Ähnlichkeiten von verschiedenen Stencilberechnungen während der automatischen Generierung erkannt und ausgenutzt werden können.
An der Universität Wuppertal ist die Juniorprofessur für Angewandte Informatik (Prof. Matthias Bolten) für die Aufbereitung der mathematischen Sachverhalte zur Erreichung von Exascale-Leistung zuständig. An der Universität Erlangen-Nürnberg widmen sich zwei Lehrstühle der rechnernahen Optimierung: Der Lehrstuhl für Simulationswissenschaft (Prof. Ulrich Rüde und Dr.-Ing. Harald Köstler) konzentriert sich auf die Zusammenarbeit verschiedener Prozessoren, der Lehrstuhl für Hardware/Software-Codesign (Prof. Jürgen Teich und Dr.-Ing. Frank Hannig) auf die Abläufe innerhalb eines Prozessors.
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Hinweis an die Redaktionen: Rückfragen zu dieser Pressemitteilung richten Sie bitte an Prof. Dr. Christian Lengauer, Tel. 0851/509-3070, oder an das Referat für Medienarbeit der Universität Passau, Tel. 0851/509-1439.