Simulationen schneller durch mehrere Grafikkarten

Numerische Simulationen sind in der industriellen Praxis schon heute unverzichtbar – von der Untersuchung von Eigenschaften neuer Materialien, über die Auslegung von Fertigungsprozessessen, bis hin zur Berechnung der Produktfestigkeit oder des Strömungsverhaltens von Werkstoffen und Flüssigkeiten. Diese Simulationen beanspruchen jedoch selbst auf Hochleistungsrechnern teilweise Laufzeiten von Stunden bis zu Tagen. In der industriellen Praxis und in der Wissenschaft besteht daher ein großes Interesse daran, Rechenzeiten zu verkürzen.

Software, die sich in einer bestimmten Weise parallelisieren lässt, kann auf Grafikprozessoren um Größenordnungen schneller ausgeführt werden als auf Standard-Prozessoren. So läuft der am INS entwickelte Strömungscode NaSt3DGPF auf einem Rechner mit acht herkömmlichen Prozessoren und acht Grafikkarten sogar leicht schneller als auf einem konventionellen Parallelrechner mit 256 Prozessoren.

Einen ähnlichen Effekt erhoffen sich die Forscher von INS und SCAI von der Anpassung des Softwarepakets Tremolo-X auf NVIDIA-Grafikkarten. Tremolo-X dient der numerischen Simulation der Moleküldynamik, d.h. der Wechselwirkungen zwischen Atomen oder zwischen Molekülen, was die Untersuchung der Eigenschaften von Werkstoffen auf der Nanoskala ermöglicht. Tremolo-X bietet somit die Voraussetzung zum schnellen Entwurf neuer, innovativer Materialien.

Doch nicht nur die enorme Beschleunigung numerischer Simulationen spricht für das Rechnen auf Grafikkarten. Die GPUs benötigen deutlich weniger elektrische Energie. Die Rechenleistung pro Watt ist also ebenfalls wesentlich höher. Die gleiche Rechenaufgabe, die auf konventionellen Parallelrechnern beispielsweise bis zu 70 Kilowatt verbraucht, begnügt sich auf einem Rechner mit mehreren Grafikkarten mit sparsamen 3 Kilowatt.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Institut SCAI