ExtraNoise – Leistungsanalyse von HPC-Anwendungen in verrauschten Umgebungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Bernd Mohr; Professor Dr. Felix Wolf
• Fachliche Zuordnung: Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449683531

Hochleistungsrechnen (High-Performance-Computing = HPC) ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Zahlreiche Anwendungsbeispiele, vom vertieften Verständnis der Materie bis zur Entdeckung neuer Materialien oder vom Studium biologischer Prozesse bis hin zu künstlicher Intelligenz, künden von dessen enormem Potenzial. Jedoch ist die effiziente Nutzung von Hochleistungsrechnern nach wie vor schwierig und wird, je größer und komplexer sie werden, sogar zunehmend schwieriger. Andererseits ist das Einsparpotenzial an Zeit und Energie, welches sich durch Tuning der Programme erreichen lässt, gigantisch. Der Schlüssel zum Verständnis, und damit letztendlich zur Verbesserung der Effizienz von Programmen, ist die Leistungsmessung. Leider führt ein hohes Maß an Interferenz, verursacht durch andere, auf demselben System gleichzeitig laufende Anwendungen und wahrgenommen als eine Art „Hintergrundrauschen“, zu signifikanten Laufzeitvariationen. Das macht es schwierig, Leistungsmessungen zu reproduzieren – mit drastischen Konsequenzen für die Leistungsanalyse und -modellierung. Auf solchen „verrauschten“ Systemen bedürfen Leistungsmessungen mehrerer Wiederholungen, wonach mithilfe statistischer Methoden Trends abgeleitet werden. Das ist erstens teuer und zweitens alles andere als trivial, da das Rauschen oft höchst unregelmäßigen Mustern folgt. Ziel dieses Projekts ist es zum einen, Methoden zu entwickeln, die die Leistungsanalyse von Programmen auf Hochleistungsrechnern weniger empfindlich gegenüber Laufzeitvariationen machen, und zum anderen besser zu verstehen, wie Programme auf Interferenz reagieren und wie sich deren aktives und passives Interferenzpotenzial durch kluge Designentscheidungen beeinflussen lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartner: Dr. Dmitry Nikitenko