Schneller, höher, weiter – Effizientes Hochleistungsrechnen durch Hardwarespezialisierung und Co-Design

Prof. Dr. Christian Plessl, Universität Paderborn

Die aus ökonomischer und ökologischer Sicht notwendige Verbesserung der Energieeffizienz von Rechenzentren kann aufgrund des Endes der Skalierungsgesetze von Dennard und Moore nicht allein durch Fortschritte in der Halbleitertechnologie erreicht werden. Post-Silizium-Technologien mit höherer Effizienz liegen noch in weiter Ferne, so dass Hardwarespezialisierung und die gemeinsame Entwicklung (Co-Design) von Rechnerarchitektur, Algorithmen und Anwendungen vielversprechende Wege sind, die vorhandene Technologien effizienter zu nutzen. In diesem Zusammenhang können FPGAs eine zentrale Rolle spielen, da sie die einzige Standardprozessortechnologie
sind, die eine programmierbare, anwendungsspezifische Spezialisierung ermöglicht. Darüber hinaus können arithmetische Einheiten, die für Berechnungen mit niedriger und gemischter Genauigkeit optimiert sind, wie z. B. die Tensor Cores von Nvidia, über die vorgesehene Anwendung im maschinellen Lernen hinaus, von allgemeinem Nutzen sein. Dies setzt jedoch voraus, dass die Berechnungsmethoden so konzipiert sind, dass sie numerische Approximationen tolerieren. In meinem Vortrag werde ich einen Überblick über technologische Herausforderungen und Forschungsfragen im Hochleistungsrechnen geben und exemplarisch auf Forschungsergebnisse aus meiner Gruppe eingehen, in denen wir Hardwarespezialisierung, Co-Design und Approximate Computing für Anwendungen in den rechnergestützten Naturwissenschaften untersuchen.

Prof. Dr. Christian Plessl ist Professor (W3) für Hochleistungsrechnen am Institut für Informatik an der Universität Paderborn. Er ist außerdem Geschäftsführender Direktor und Vorstandsvorsitzender des Paderborn Center for Parallel Computing (PC2), einer zentralen wissenschaftlichen Einrichtung der Universität Paderborn und Sitz eines nationalen Hochleistungsrechenzentrums im NHR-Verbund.
Er schloss 2001 sein Studium der Elektro- und Informationstechnik an der ETH Zürich ab und promovierte 2006 in Technischer Informatik (Dr. sc. ETH), ebenfalls an der ETH Zürich. Seine Forschungsschwerpunkte sind Architektur, Entwurfsmethoden und Laufzeitsysteme für parallele Systeme, Co-Design von massiv-parallelen Algorithmen und energieeffizienten Rechnerarchitekturen, sowie die Erforschung und praktische Erprobung von rekonfigurierbarer Hardware im Hochleistungsrechnen für die rechnergestützten Wissenschaften. Seine Forschung wurde mit mehreren Preisen ausgezeichnet, darunter Best Paper Awards der Konferenzen HEART 2022, Reconfig 2014 und 2012, dem FPL Significant Paper Award 2015 und dem Forschungspreis der Universität Paderborn 2018 und 2009. Er ist Gründungsmitglied des Vorstands des NHR-Vereins und ab 2024 Mitglied des DFG Fachkollegiums für „Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme“.