Institut für Informatik, Lehrstuhl Rechnertechnik und Rechnerorganisation/ Parallelrechnerarchitektur

Wintersemester 2002/03:

• Programming of Supercomputers
  Institut für Informatik, Lehrstuhl Rechnertechnik und Rechnerorganisation/ Parallelrechnerarchitektur

Sommersemester 2003:

• Praktikum Hochleistungsarchitekturen - Clusterprogrammierung mit Java
  Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation / Parallelrechnerarchitektur

Das Praktikum findet im Wintersemester 2002/2003 im Rahmen des Masterstudienganges Computational Science and Engineering statt. Die Studenten parallelisieren ein einfaches Relaxationsverfahren auf der Hitachi SR8000, einem System aus gekoppelten SMP-Knoten. Die Simulation berechnet die Wrmeausbreitung in einer zweidimensionalen Flche, wobei eine vorgegebene Wrmeverteilung am Rand der Flche angenommen wird. Die Anwendung wird auf verschiedenen Wegen mit Hilfe von MPI und OpenMP parallelisiert. Anhand von Skalierungsexperimenten werden die verschiedenen Versionen miteinander verglichen.
Der eigentliche Rechenteil wird durch eine grafische Benutzungsoberflche gesteuert. Dort knnen die Simulationsparameter, unter anderen die Verteilung von Wrmequellen am Rand des Simulationsgebietes, eingegeben, die eigentliche Simulation gestartet und die berechneten Ergebnisse untersucht werden. Die Benutzungsschnittstelle ist in Java realisiert. Die Anbindung erfolgt mit Hilfe von Sockets.
Die Studenten verwenden die Notebooks als Zugang zur Hitachi SR8000 und knnen so jederzeit an der Realisierung des parallelen Teils arbeiten. Weiterhin kann auf den Notebooks die grafische Benutzungsoberflche ausgefhrt werden.
Das Praktikum ermglich den Studenten sowohl die Konzepte zur Programmierung verteilter Anwendungen als auch zu Realisierung von hoch-parallelen Anwendungen in der Praxis zu erproben. Durch die Realisierung mit Hilfe von etablierten Standards wird den Studenten ermglicht, die Erfahrungen aus dem Praktikum direkt auf andere Anwendungen und Rechnerumgebungen zu bertragen.
Das Praktikum ist in diesem Semester zweistndig. Es werden ca. 13 Studenten teilnehmen. Alle Studenten sind Auslnder und sprechen nur wenig Deutsch. Hieraus resultiert die Forderung nach einem englischen Vertragstext fr das Ausleihen der Laptops.
(Veranstaltung in der Drehscheibe)

Praktikum:
Hochleistungsarchitekturen - Clusterprogrammierung mit Java

Cluster-Architekturen, die in diesem Praktikum im Vordergrund stehen, sind sowohl in der kommerziellen als auch in der wissenschaftlichen Datenverarbeitung weit verbreitet. Cluster bestehen aus Arbeitsplatzrechnern, die über ein Netzwerk gekoppelt sind.

Das Praktikum setzt auf Grundkenntnissen aus dem Bereich Rechnerarchitektur/Parallelrechner auf und verknüpft die Aspekte der parallelen Programmierung mit den Aspekten der Realisierung verteilter Anwendungen. Die Teilnehmer lernen in diesem Praktikum die grundlegenden Programmierparadigmen beider Bereiche im Detail kennen.

Die Programmierung von Clustern erfolgt auf der Basis von MPI. Diese Programmierschnittstelle wird im Rahmen des Praktikums vorgestellt und an drei Übungsaufgaben, der Wärmeausbreitung in einem festen Körper, der Simulation eines Billardspiels und der Realisierung von Algorithmen zur Sequenz- und Genomanalyse, eingesetzt.

Die Anwendungen werden in Java realisiert, um die Vorteile objektorientierter Sprachen und die Sprachmittel zur Realisierung verteilter Anwendungen nutzen zu können. Durch den Einsatz von Java können die erlernten Programmierkonzepte auch direkt auf andere Anwendungsbereiche übertragen werden.

Die entwickelten Anwendungen sollen mit einem grafischen Frontend ausgestattet werden, das eine Programmsteuerung und eine Visualisierung der berechneten Daten ermöglicht. Hierzu sollen moderne Middleware-Systeme wie CORBA, RMI oder Jini eingesetzt werden.

Begleitend zur Programmierung der Übungsaufgaben finden wöchentliche Treffen statt. Es werden Vorträge von den Veranstaltern gehalten, die in die Aufgabenstellung, die Programmierumgebung und die Programmierschnittstellen einführen.

Die Übungsaufgaben werden von den Praktikumsteilnehmern in Gruppen mit jeweils zwei Studenten gelöst. Alle Gruppen sollen die Wärmeausbreitung programmieren. Anschließend können die Gruppen zwischen der Aufgabe aus der Bioinformatik und der Simulation des Billardspiels wählen.

Die Programmierung erfolgt auf Notebooks, die im Rahmen der Notebook University zur Verfügung gestellt werden. Die Notebooks dienen hierbei auch als paralleles Cluster. Über das drahtlose Verbindungsnetzwerk (WLAN) können die Notebooks zur parallelen Ausführung eingesetzt werden.

Neben den gemeinsamen Treffen besteht die Möglichkeit, über ein eigenes WWW-Diskussionsforum Fragen und Erfahrungen mit anderen Praktikumsteilnehmern und den Betreuern zu besprechen.

Das Praktikum ist sechsstündig. Es werden ca. 12 Studenten des Diplomstudienganges Informatik teilnehmen.
(Link zur Veranstaltung)