Belgische Wissenschaftler entwickeln Desktop-Supercomputer
Belgische Wissenschaftler haben einen Desktop-Supercomputer entwickelt, der so schnell arbeiten kann wie eine Gruppe von Hunderten herkömmlicher Computer. Die Forscher von der Universität Antwerpen konnten diesen Durchbruch schaffen, indem sie sich an Computerspielhardware orientierten. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit liegt auf der Entwicklung neuer Datenverarbeitungsmethoden für eine bestimmte Art der medizinischen Untersuchung, namentlich der Tomografie. Bei der Tomografie wird ein dreidimensionales Bild von den inneren Organen des Patienten erzeugt, indem die Daten von vielen, von verschiedenen Winkeln aus aufgenommenen Röntgenbildern kombiniert werden. Da die Bilder oftmals eher groß sind, kann deren detaillierte Rekonstruktion mit einem herkömmlichen Computer Wochen dauern. Mann kann dieses Problems dadurch umgehen, indem man ein sogenanntes Cluster benutzt, also eine Gruppe aus Hunderten von Computern, die miteinander zur parallelen Ausführung der Arbeit verbunden sind. Doch bringt diese Anordnung auch einige Nachteile mit sich: Sie ist teuer, nicht immer verfügbar, benötigt sehr viel Platz und erfordert einen beträchtlichen Pflegeaufwand. In der Bestrebung zur Beschleunigung des Datenverarbeitungsprozesses bei gleichzeitigem Geringhalten der Kosten orientierten sich die Forscher an Spielhardware. Dabei fanden sie heraus, dass die ursprünglich für 3D-Computerspiele entworfenen 3D-Grafikkarten auch extrem gut für die Tomografiedatenverarbeitung geeignet sind. Jeder Grafikprozessor (GPU) enthält 128 Subprozessoren, die alle parallel arbeiten können. So können bei entsprechender Programmierung des GPU viele Rechenoperationen simultan durchgeführt werden. Wie sich herausstellte, erbringt eine einzige Grafikkarte die 40-fache Leistung eines herkömmlichen Computers bei Berechnungen für die Tomografie. Doch die Antwerpener Forscher wollten noch mehr Beschleunigung, also bauten sie den Desktop-Supercomputer FASTRA. FASTRA ist mit vier Dual-GPU-Grafikkarten ausgestattet. Mit diesen acht parallel arbeitenden GPUs kann FASTRA so schnell wie 350 herkömmliche Computer arbeiten. In der Praxis verkürzt dies die benötigte Zeit für die Durchführung einer Tomografierekonstruktion von mehreren Wochen auf einige Stunden. FASTRA ist nicht nur schneller als andere Lösungen, sondern auch umweltfreundlicher als ein Cluster, denn er verbraucht weniger als 1500 W Strom. Er ist auch bedeutend billiger. "Soweit wir wissen, ist er der erste herkömmliche Computer der Welt, der wirklich acht GPUs hat," kommentiert Dr. Jost Batenburg von der Universität Antwerpen in einem Video auf der Website der Forschungsgruppe. "Das Beste ist, dass er weniger als 4.000 EUR kostet, da er aus Verbraucherhardware hergestellt ist, sodass er für jeden Wissenschaftler erschwinglich bleibt." Die Wissenschaftler nutzen den Computer für eine ganze Reihe von medizinischen und industriellen Anwendungen. In der Medizin arbeiten sie eng mit Wissenschaftlern zusammen, die Knochenerkrankungen wie Osteoporose untersuchen. Tomografische Informationen werden bei der Entwicklung neuer Medikamente für diese Erkrankungen benutzt. Mit FASTRA stehen den Forschern dieses Bereichs die Resultate der Knochen-Scans wesentlich schneller zur Verfügung. FASTRA wird auch zum Nutzen des Antwerpener Diamantenhandels eingesetzt. Das Schleifen roher Diamanten ist kompliziert. Es erfordert die genaue Kenntnis der Form des rohen Diamanten. Bei einem Fall war ein Diamant zu groß für den Scanner, und die resultierenden Röntgenbilder waren zu klein, um den ganzen Diamanten beinhalten zu können. Durch Nutzung zuvor erworbener Kenntnisse konnte das FASTRA-Team den gesamten Diamanten akkurat in wenigen Stunden rekonstruieren. Dr. Batenburg gibt sich mittlerweile enthusiastisch über die Zukunft von FASTRA. "Wir glauben, dass wir mit FASTRA in Bezug auf Tomografie den leistungsstärksten Einzelrechner der Welt zur Durchführung unserer Rechenoperationen geschaffen haben," meint er.
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