Jahresbericht informatik 2009 - KIT – Fakultät für Informatik

Die Institute der Fakultät und ihre Forschungsvorhaben
Dynamische Laufzeitsyteme zur Unterstützung heterogener Programmausführung
(R. Buchty, W. Karl, M. Kicherer, D. Kramer, F. Nowak)
Multicore-Prozessoren sind mittlerweile fester Bestandteil aktueller Rechensysteme und
haben Einkern-Prozessoren weitestgehend verdrängt. Sie bieten speziell im Bereich des
Höchstleistungsrechnens prinzipiell eine höhere Rechenleistung bei vergleichbarer
Stromaufnahme. Aufgrund ständig steigender Integrationsdichte ist damit zu rechnen, dass
sich die Anzahl der auf einem Chip integrierten Prozessorkerne von derzeit zwei bis acht
Kernen weiter erhöht. Aufgrund mangelnder Parallelisierbarkeit von Anwendungen kann
Leistungssteigerung jedoch nur noch durch schnellere Abarbeitung von feingranularen
Funktionen oder grobgranularen Befehlen erreicht werden. Diese kann insbesondere durch
die Verwendung dedizierter Hardwareeinheiten erreicht werden.
Um die Problemstellung der Verwendung zu adressieren, wurde am Lehrstuhl von Prof.
Karl ein Laufzeitsystem entwickelt, das die Auswahl verschiedener
Implementationsalternativen zur Ausführung eines Programms ermöglicht und so ebenfalls
die Abbildung von Funktionen auf weitere Hardwareeinheiten neben den konventionellen
Prozessoren unterstützt.
Das Laufzeitsystem erlaubt somit die nahtlose Verwendung unterschiedlicher Softwareund
Hardware-Repräsentationen von kritischen Rechenroutinen, beispielsweise um exakte
Berechnungen beschleunigt in Hardware laufen zu lassen und so den Prozessor für andere
Aufgaben verfügbar zu haben. Des Weiteren wurde ein System entwickelt, welches die
parallele Nutzung von bis zu sechs Funktionseinheiten auf einer koprozessorartigen FPGA-
Karte ermöglicht, was durch das Laufzeitsystem besonders nutzbar wird.
Im Zuge der genannten zwei Systeme wurde ein umfangreiches Konzept erstellt, wie
diese Systeme zu entwerfen, zu programmieren und zu nutzen sein werden. Hierbei wird
besonderer Wert auf Kompatibilität zu existierenden Codebasen und Systemumgebungen
gelegt, so dass auch der Mischbetrieb bzw. die sanfte und nahtlose Migration von konventionellen
Systemen möglich wird.
Grid- und Cloud Computing
(W. Karl, D. Kramer)
Grid-Computing ist eine neue Form des verteilten Rechnens. Im Gegensatz zu klassischen
Höchstleistungsrechnern sind die Rechenressourcen im Grid-Computing meist heterogen,
lose gekoppelt und über mehrere Standorte verteilt. Zugriff auf die Rechenressourcen des
Grids erfolgt über eine Middleware. Problematisch beim Grid-Computing ist, dass keinerlei
Garantien über die verteilten Ressourcen zugesichert werden können, beispielsweise
kann das Vorhandensein einer bestimmten Bibliothek oder eine bestimmte Rechenleistung
nicht garantiert werden.
Eine mögliche Lösung für diese Probleme ist die Verwendung von sogenannten
Virtuellen Maschinen (VM). In Kooperation mit dem Institut für wissenschaftliches
Rechnen (IWR) KIT Campus Nord wird die Verwendung von virtuellen Maschinen im
Grid-Computing untersucht. Diese VMs können gezielt auf die Bedürfnisse der
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