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Untersuchung des Optimierungspotentials von Simulationen in heterogenen Umgebungen

Der Lehrstuhl für Betriebssysteme (Univ.-Prof. Dr. habil. Th. Bemmerl) vergibt folgende Master-/Diplomarbeit aus dem Bereich der Parallelverarbeitung / Grid-Computing:

Untersuchung des Optimierungspotentials von Simulationen in heterogenen Umgebungen

Hintergrund

Schon seit jeher ist die mathematische Beschreibung und Analyse von physikalischen Vorgängen ein Kerngebiet aller naturwissenschaftlichen Disziplinen. Dabei gewann in den letzten Jahrzehnten durch das Aufkommen der Digitalrechner die numerische Analyse durch Simulation immer mehr an Bedeutung.
Die Anforderungen an genaue Simulationsergebnisse bei gleichzeitig immer komplexeren Modellen überforderten dabei schnell die Leistungsmöglichkeiten von einfachen Einprozessorsystemen. Eine Möglichkeit, die Rechenleistung eines Systems für diese Anforderungen zu steigern, ist die parallele Bearbeitung der gegebenen Problemstellung durch mehrere Prozessoren.

Für diese Zwecke wurden in den Anfängen von Rechenzentren hauptsächlich dedizierte Parallelrechner und Supercomputer eingesetzt, jedoch haben sich in den letzten Jahrzehnten zunehmend sogenannte Rechnerverbundsysteme (engl. Compute Cluster) in diesem Bereich durchgesetzt. Ein solcher Cluster besteht dabei in der Regel aus mehreren "normalen" Workstations bzw. Server-Rechnern, die dann über ein entsprechendes Netzwerk zu einem Verbundsystem zusammengeschlossen werden.

Zusätzlich zu dieser Entwicklung zeichnet sich aber in den letzten Jahren ein weiterer neuer Trend im Bereich der Parallelverarbeitung ab: das sogenannte Grid-Computing.
Dieser Trend folgt dem Ansatz, dass die unterschiedlich verteilten Rechenressourcen (wie zum Beispiel verschiedenen Compute Cluster in unterschiedlichen Rechenzentren) dem Benutzer als eine homogene und stets verfügbare Ressource in einer für ihn transparenten Weise zur Verfügung gestellt werden. Eine solche Umgebung bezeichnet man dann als ein Compute Grid.
Man kann sich jedoch gut vorstellen, dass sich Rechenleistung nicht so leicht und so effizient aus einem Compute Grid beziehen lässt, wie es zum Beispiel beim elektrischen Strom und seiner Netze (engl. Power Grid) möglich ist. Möchte man also Ressourcen in einem Compute Grid effizient nutzen, so müssen die entsprechenden Applikationen (wie zum Beispiel die Simulationsprogramme) an diese Umgebung angepasst werden. Oder besser noch: die Programme sollten sich selber an die jeweilige Umgebung des Grids anpassen.

Aufgabenstellung

In dieser Diplomarbeit sollen die allgemeinen Probleme der Lastverteilung und der Kommunikation in Grid-Umgebungen am Beispiel eines Simulationsprogramms für Gieß- und Erstarrungsvorgänge aus dem Bereich der Metallverarbeitung untersucht werden. Die Fragestellung ist hier, wie das Simulationsprogramm gleichzeitig die unterliegende heterogene Hardware-Infrastruktur möglichst effizient ausnutzen kann, während dem Benutzer weiterhin eine vermeintlich homogene Grid-Umgebung vorgespiegelt wird.

Das bietet das Thema

Arbeit an einem aktuellen Thema der Informationstechnik bzw. der (Technischen) Informatik
Tiefergehende Einblicke in die Parallelverarbeitung und das Zusammenspiel verteilter Rechenressourcen
Eine Einführung in die Simulationstechnik als ein wichtiges Werkzeug der Ingenieurwissenschaften

Das bieten wir

ein sehr angenehmes Arbeitsumfeld
eine gut ausgestattete Rechner-Infrastruktur
eine persönliche und engagierte Betreuung

Dein Profil

abgeschlossenes Vordiplom oder Bachelor in einem der Studiengänge des FB6 oder der Informatik
grundlegende Erfahrungen im Bereich der Parallelverarbeitung sind von Vorteil (aber kein Muss!)
gute Programmierkenntnisse in Fortran und/oder C/C++
Fähigkeit zum selbständigen und kreativen Arbeiten

Kontakt

Dr.-Ing. Carsten Clauß
Lehrstuhl für Betriebssysteme (LfBS), RWTH Aachen
Kopernikusstraße 16, D-52056 Aachen
Tel.: +49 241 80 27609, Fax: +49 241 80 22 339
E-Mail: carsten@lfbs.rwth-aachen.de

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