Das "Rekonfigurierbares Anwendungs-Spezifisches Computing (RASC)" getaufte Verfahren ist ab sofort verfügbar. Es kommt in Form eines Erweiterungsmoduls für die Produktlinien SGI Altix und Silicon Graphics Prism. Die Altix-Serie stellt die Basis für aktuelle Itanium-2-Supercomputer dar, Prism ist auf die Datenvisualisierung spezialisiert.
SGIs RASC soll speziell bei datenintensiven Anwendungen, etwa in der Bioinformatik, in der bildgebenden Medizin und der Suche von Öl-Lagerstätten für wenig Geld enorme Leistungssprünge ermöglichen. Bei diesen Anwendungen muss der Rechner immer wieder einen eng begrenzten Satz von Routinen abarbeiten, die einen Großteil der gesamten Rechenzeit in Anspruch nehmen. Die rechenintensivsten Codeabschnitte laufen mit RASC nun nicht mehr auf dem Itanium-2-Prozessor des Supercomputers. Der Anwender erzeugt vor dem Programmstart vielmehr eine eigens auf die Funktionen spezialisierte Hardware, die die Algorithmen deutlich schneller ausführen kann.
Zum Einsatz als Beschleunigerchips kommen FPGAs. Die Schaltkreise und logischen Gatter des Field-Programmable Gate Arrays lassen sich vom Benutzer programmieren und für die jeweilige Anwendung spezifisch "rekonfigurieren". Das FPGA-Modul dient somit als speziell angepasster Coprozessor für die rechenintensiven Funktionen.
Schnelle Rechner – schwierige Einbindung
Die FPGAs bietet eine Flexibilität, wie sie bei fest verdrahteter, in Silizium gebrannter Beschleuniger-Hardware nicht möglich ist. Da das FPGA-Programmieren jedoch als mit viel Expertise verbunden gesehen wird, hatten es FPGA-gestützte Beschleuniger bislang schwer im Supercomputer-Markt.
SGI will seine RASC-Lösung so entwickelt haben, dass auch normale Supercomputer-Anwender die FPGA-Technologie einsetzen können. Dazu hat SGI ein komplettes Solution-Set entwickelt, aus dem sich der Anwender bedienen kann. Dazu zählen:
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Eine FPGA-Version des Gnu-Debugger (GDB), die auf dem aktuellen GDB-Befehlssatz aufbaut und das gleichzeitige Debuggen von Applikation und FPGA erlaubt.
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Ein Abstraction-Layer, der serielles und paralleles FPGA-Scaling ermöglicht.
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RASC-API und eine Bibliothek von Kerndiensten. Damit lassen sich Elemente für rekonfigurierbares Computing in einer Multi-User- und Multi-Processing-Umgebung entwickeln.
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Direktes Einbinden der FPGA-Hardware in NUMAlink. Diese Vernetzungstechnologie der SGI-Systeme fasst den Speicher aller beteiligten Knoten zu einem einzigen, flachen Memory-Modell zusammen.
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Praktisch unbegrenzte Skalierbarkeit der FPGA-Verarbeitungskapazität eines Systems, da sich mehrere RASC-Erweiterungsmodule einbinden lassen.
Durch den Einsatz dieser Tools sollen sich laut SGI rechenintensive, algorithmuslastige Anwendungen bis zu 100fach beschleunigen lassen.
Märkte und FPGA-unterstützbare Routinen
SGI nutzt für seine RASC-Erweiterung Module mit Xilinx-Virtex-II-6000-FPGAs und 16 MByte DRAM. Die Erweiterung besitzt einen Dual NUMA link4 und kann darüber von allen Prozessoren im System angesprochen werden. Der Preis pro Modul liegt bei 40.000 US-Dollar.
SGI RASC wurde für Kernanwendungen in mehreren Märkten entwickelt. Beispiele und Routinen, die hier von FPGA-Technologie profitieren, sind:
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Bioinformatik/Chemieinformatik: Vergleichs- und Kontrastroutinen beim Durchsuchen von Molekül- oder DNA-Datenbanken
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Medizinische, bildgebende Verfahren: Detaillierte Bildverarbeitung und Rendering-Prozesse
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Medien, Broadcaster, Postpro-Häuser: Transcoding (Formatwandel), Bildverarbeitung, Wasserzeichen, Bewegung erfassen, Datenkonversion
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Oil & Gas: Zeitreihenanalyse beim Ölfluss und alle Anwendungen, die mit FFT-Algorithmen (Fast Fourier Transformation) arbeiten
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Verteidigung, Nachrichtendienste: Echtzeit-Datenanalysen mit Routinen für Signalverarbeitung, Erkennen von Objektgrenzen, Mustererkennung
SGI-Kunden, die erste Beta-Versionen der RASC-Technologie im Einsatz haben, konnten laut SGI bei der Anwendungsleistung bereits enorme Steigerungen verbuchen. So sollen erste Tests bei realen Applikationen Beschleunigungen im Bereich von 42fach bis weit über 100fach gebracht haben.
Revolution der Supercomputer-Technologie?
SGI beabsichtigt, rund um RASC ein komplettes Ökosystem zu schaffen, das die Annahme der neuen Technologie fördern soll. Hierzu hat SGI eine strategische Kooperation mit Nallatech, einem Anbieter FPGA-basierter Lösungen, vereinbart. Gemeinsam sollen neue Geschäftsmöglichkeiten im HPC-Markt entwickelt werden.
SGI will mit der FPGA-Lösung Standardsysteme in punkto Leistungsfähigkeit einen großen Schritt voranbringen. Man sieht darin eine Revolution, ähnlich wie vor 20 Jahren, als erste Cluster die Supercomputer-Welt revolutionierten. Die Einführung von SGI RASC ist auch ein erster Meilenstein auf dem Weg zum Multi-Paradigm-Computing. Dies ist ein von SGI betriebenes Konzept, das erlaubt, mit einer einzigen Systemarchitektur ein weites Spektrum technisch-wissenschaftlicher Anwendungstypen abzudecken. (ala)