TUHH erhält den NVIDIA CUDA RESEARCH CENTER AWARD

Neue Wege für wissenschaftliches Hochleistungsrechnen

08.01.2015

Sturmflutsimulation für die Südspitze von Manhattan  
Sturmflutsimulation für die Südspitze von Manhattan  Grafiken: TUHH Institut für Fluiddynamik und Schiffstheorie        

Die Technische Universität Hamburg (TUHH) ist von dem Grafikprozessorhersteller NVIDIA mit dem CUDA RESEARCH CENTER AWARD ausgezeichnet worden. Erfolgreich beworben um die Auszeichnung hat sich ein kleines Team um Professor Thomas Rung und Dr.-Ing. Christian Janßen aus dem TUHH-Institut für Schifftheorie und Fluiddynamik. Dahinter steht das Bestreben der Ingenieure unabhängig von Supercomputern aufwendige Simulationsrechnung am eigenen Schreibtisch-Superrechner durchzuführen. Das gelingt ihnen mit Hilfe umfunktionierter und preisgünstiger Gaming-Grafikkarten.
„Was bis vor wenigen Jahr nur an extrem leistungsfähigen Höchstleistungsrechnern möglich war, bewältigen wir nunmehr auf eigenen Rechnern mit Hilfe mehrerer preisgünstiger Grafikkarten, allgemein GPUs genannt, sowie der entsprechenden Software“, sagt Prof. Rung. GPUs steht für „graphics processing unit“. Diese circa 15 x 30 Zentimeter großen Karten verfügen gegenwärtig bei einem Preis von etwa 4.000 Euro über mehr als 5000 Prozessorkerne. Sie lassen sich ohne weiteren technischen Aufwand zu handlichen GPU-Einzelrechnern mit fast 25.000 Prozessorkernen ausbauen, die unter jeden Schreibtisch passen. Für die Wissenschaftler bedeutet das neben einer schnelleren und detaillierten Darstellung ihrer Simulationen auch die Unabhängigkeit von der Nutzung teurer Großcomputer. Dazu Thomas Rung: „Der allgemeine Zugriff auf die wenigen verfügbaren Hochleistungsrechner mit vielen tausend Prozessorkernen ist stark begrenzt. Zudem dauert es auf ihnen oftmals Wochen, bis Simulationen erstellt sind, so wie wir es benötigen. Davon abgesehen kosten Betrieb und Wartung eines Superrechners jährlich viele Millionen Euro.“ Aufgrund der großen potenziellen Leistung und der sehr geringen Kosten von GPU- und Beschleunigerhardware hat sich jüngst ein internationales und zugleich interdisziplinäres Forschungsgebiet etabliert, dessen Ziel die Nutzung dieser Hardwarekomponenten für das Wissenschaftliche Rechnen ist. Die TUHH ist mit einem Team vertreten, das sich mit der Entwicklung von Simulationsverfahren auf der Basis von Boltzmann-Gleichungen und deren Anwendung in Strömungsberechnungen beschäftigt.

Echtzeit-Tsunamisimulation für Fukujima/Japan
Echtzeit-Tsunamisimulation für Fukujima/Japan

Die mittelfristige Vision des TUHH-Teams ist die Entwicklung einer ganzheitlichen Simulationsumgebung, die sowohl Hardware als auch Softwareaspekte berücksichtigt und Teilbereiche des wissenschaftlichen Rechnens unter der Überschrift „Supercomputing am Arbeitsplatz“ günstiger macht. Die Realisierung des Konzepts verspricht zum Beispiel die Echtzeitfähigkeit von Simulationen zur Optimierung des Klimakomforts von Flugzeugkabinen oder auch Vorhersagen von Tsunamis. GPU-Experte und Bauingenieur Christian Janßen: „Mit solchen Echtzeit-Simulationen wäre die Ausarbeitung von Entwurfsänderungen, die sich heute über viele Tage oder Wochen ziehen, in wenigen Stunden zu erledigen.“ Gleichzeitig könnte ein großer Teil der Simulationsbedürfnisse von zahlreichen klein- und mittelständischen Zuliefer- und Ausrüstungsbetrieben ohne nennenswerten personellen und infrastrukturellen Aufwand bedient werden.

Die Firma NVIDIA Corporation aus Kalifornien gehört weltweit zu den größten Anbietern von Grafikhardware. Die Firma ist seit einigen Jahren bemüht, einen zweiten Markt für Grafikhardware im Bereich des Wissenschaftlichen Rechnens zu etablieren. Hierzu hat NVIDIA unter anderem ein mehrstufiges Kooperationsmodell entwickelt, welches sich an Hochschulen und Forschungszentren richtet und deren Forschung und Lehre, sowie die Vernetzung von gemeinsamen Interessen unterstützt.

Zu den von NVIDIA ausgezeichneten Institutionen zählen renommierte internationale Einrichtungen wie die hp-Labs, die Chinese Academy of Science oder das Barcelona Supercomputing Center. Daneben finden sich zahlreiche namhafte Universitäten unter den anerkannten Exzellenz- und Forschungszentren. Beispiel hierfür sind Stanford University, University of Oxford, Harvard University, ETH Zürich sowie seit einigen Tagen auch die Technische Universität Hamburg.

Weitere Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing Thomas Rung
Technische Universität Hamburg (TUHH)
Institut für Fluiddynamik und Schiffstheorie
Schwarzenbergstrasse 95c
Phone: +49 40 42878 6054
E-mail: thomas.rung@tuhh.de

Siehe auch: http://www.tuhh.de/elbe und http://www.tuhh.de/fds


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