Das Autorenteam der BTU-Lehrstühle Verteilte Systeme / Betriebssysteme und Theoretische Informatik (Randolf Rotta, Thomas Prescher, Jana Traue, Prof. Jörg Nolte) erzielte auf dem Intel MARC Symposium, das am 19./20. Juli 2012 in Toulouse stattfand, für die Arbeit “Data Sharing Mechanisms for Parallel Graph Algorithms on the Intel SCC” den 1. Platz beim Best Paper Award.
Der Lehrstuhl Verteilte Systeme / Betriebssysteme nimmt seit zwei Jahren am Intel MARC Programm (Manycore Applications Research Community) teil. In diesem Programm werden neue Softwarearchitekturen für den Intel Single Chip Cloud Computer (SCC) untersucht, einem experimentellen Prozessor der Firma Intel mit 48 Rechenkernen. Der Prozessor ist nicht auf dem Markt erhältlich, sondern dient ausschließlich Forschungs- und Entwicklungszwecken. Dafür steht er einer begrenzten Anzahl ausgewählter Forschergruppen auf der ganzen Welt zur Verfügung, zu denen auch der BTU-Lehrstuhl Verteilte Systeme/Betriebssysteme gehört.
Im Rahmen des Intel MARC Programms forscht der Lehrstuhl an Konsistenzmodellen und Plattformen für die Programmierung von Rechnersystemen mit nichtkonsistenten Zwischenspeichern. Die ausgezeichnete Arbeit zeigt, dass solche Plattformen geeignet und notwendig sind, um komplexe, parallele Graph-Algorithmen durch Vielkern-Prozessoren erheblich zu beschleunigen.
Hintergrund
Weil für Computersysteme immer höhere Rechenleistungen erforderlich sind, hat sich in der Vergangenheit die Anzahl der Transistoren in Prozessoren etwa alle 18 Monate verdoppelt. Gleichzeitig verdoppelte sich deren Arbeitsgeschwindigkeit. Da die technischen Grenzen erreicht sind, lässt sich die Geschwindigkeit einzelner Prozessoren kaum noch steigern. Daher stattet man Prozessoren mit mehreren Rechenkernen aus, die parallel arbeiten. Chips mit zwei bis 16 Rechenkernen sind inzwischen Stand der Technik. Jeder Rechenkern besitzt zudem eigene Zwischenspeicher (sogenannte Caches), die Programmcode und Daten innerhalb des Prozessors speichern, um kostspielige Hauptspeicherzugriffe zu vermeiden. Letztere sind ca. 100mal langsamer als prozessorinterne Zugriffe, daher ist eine effiziente Nutzung der Zwischenspeicher für die Entwicklung moderner Rechentechnik essentiell.
Doch auch die Nutzung von Zwischenspeichern hat nicht nur positive Effekte. Wenn ein Rechenkern Daten in seinem Zwischenspeicher verändert, muss er alle anderen Kerne, die ebenfalls eine Kopie dieser Daten enthalten, darüber informieren, dass ihre Kopie ungültig ist. Diese sogenannte Cache-Kohärenz wird bisher automatisch durch die Hardware sichergestellt. Sie ist verhältnismäßig aufwendig und steigt deutlich mit der Anzahl der Rechenkerne an. Da es bereits absehbar ist, dass Prozessoren mit mehreren hundert Rechenkernen auf den Markt kommen werden, ist es fraglich, ob sich der steigende Aufwand für die Cache-Kohärenz lohnt. Daher ist es notwendig zu untersuchen, inwiefern solche Vielkern-Prozessoren auch ohne implizite Konsistenz von Zwischenspeichern sinnvoll genutzt werden können. Derartige Systeme, die Eigenschaften verteilter Systeme und solcher mit einem gemeinsamen Speicher in sich vereinigen, erfordern Programmiermodelle und Betriebssystemplattformen, die dieser Rechner-Architektur entsprechen.
Quelle: BTU Cottbus
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