Parallelrechner

Parallelrechner, ein Cray-2 (1986)

Ein Parallelrechner ist ein Rechner, in dem Rechenoperationen gleichzeitig unter anderem auf mehreren Haupt- oder Grafik-Prozessoren durchgeführt werden können.

Weitere Details

Parallelrechner werden grob in zwei Ausführungen unterschieden:

Massiv-parallele Computer besitzen einige zehn bis einige tausend Hauptprozessoren, die alle gleichzeitig die gleichen Operationen durchführen. Sie sind geeignet, regelmäßig aufgebaute Datensätze effizient zu bearbeiten. Anwendungsbeispiele finden sich in der Computational Chemistry, sowie der Computational Physics oder in der Wettervorhersage.

Multithreading bietet einen anderen Zugang zum gleichzeitigen Ausführen mehrerer Anweisungen durch das Ausführen mehrerer Berechnungsfäden (Threads), die miteinander synchronisieren, etwa um Daten auszutauschen.

Parallelcomputer, auf denen mehrere Prozesse gleichzeitig laufen, verbessern ihre Arbeitsgeschwindigkeit, indem sie die Benutzerprogramme auf verschiedene Hauptprozessoren verteilen.

Um die Leistungsfähigkeit eines Parallelrechners richtig ausnutzen zu können, muss die Programmierung genau auf die verteilten Hauptprozessoren zugeschnitten werden. Prinzipiell handelt es sich dabei um ein logistisches Problem. Es gilt die knappen Ressourcen – Rechenzeit, Speicherzugriffe, Datenbusse – effizient auszunutzen. Stets sollte der sequentielle Programm-Overhead minimal sein (Amdahlsches Gesetz).

Je größer die Anzahl der Hauptprozessoren ist, desto schneller steigt der Kommunikationsaufwand in einer Parallelrechnerumgebung (egal welchen Typs) überproportional an. Der Zusammenhang ist nicht linear.

So gesehen muss das Optimum zwischen Anzahl der Hauptprozessoren und Kommunikationsaufwand und Programmierung gefunden werden. Auch in der Art der Vernetzung der Hauptprozessoren liegt ein Optimierungspotential. Ein sehr guter Kompromiss kann mit folgenden räumlichen Strukturen erzielt werden:

• Cube (Konfiguration aus 8 Rechnern. Vernetzung entspricht einem Quader.
• Hyper-Cube (n-dimensionale Quader)

Siehe auch

• Computercluster
• Gustafsons Gesetz
• Mehrkernprozessor
• Mehrprozessorsystem
• Nachrichtenaustausch
• Supercomputer
• Transputer

Weblinks

 Commons: Parallelrechner – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• COPACOBANA (Cost-Optimized Parallel COde Breaker), ein FPGA-basierter Parallelrechner