Highlight auf der SC|05 in Seattle

Fraunhofer-Visualisierungs-Software auf einem IBM Cell Cluster-Prototypen

Presseinformation / 9.11.2005

Ein Highlight der internationalen Konferenz für High Performance Computing SC|05in Seattle wird die Visualisierungssoftware PV-4D des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM sein. Die Software ist auf einem Prototypen eines IBM Cluster aus Cell Blades installiert und wird nach dem erfolgreichen Probelauf bei der Fraunhofer-Jahrestagung in Magdeburg zum ersten Mal einer großen Öffentlichkeit präsentiert.

PV-4D CTPRO
© Foto ITWM

Die Visualisierung und Analyse großer Datenmengen können dank PV-4D in anschauliche Animationen umgesetzt werden.

Die Visualisierung und Analyse extrem großer Datenmengen aus wissenschaftlichen Berechnungen, bildgebenden Verfahren der Medizintechnik oder der Erdölexploration können dank PV-4D in anschauliche Animationen umgesetzt werden. Mit dem Cell-Prozessor geht es nun noch schneller: Er hat neun Prozessorkerne und ist heute der leistungsfähigste Chip für den Massenmarkt. Die Playstation 3 von Sony, die 2006 auf den Markt kommt, ist das erste Massenprodukt, das den Cell-Prozessor (eine Gemeinschaftsentwicklung von IBM, Sony und Toshiba) einsetzt.

Die professionelle Visualisierungsumgebung wurde von Dr. Carsten Lojewski und seinem Team am Competence Center für High Performance Computing des ITWM entwickelt und erhielt den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2005. Kernstück der Entwicklung sind hoch optimierte Software-Algorithmen, die sich auf die zur Ausführung kommende Hardware abbilden lassen.

PV-4D reine Softwarelösung

PV-4D ist eine reine Softwarelösung und verzichtet bewusst auf die Unterstützung durch Grafikkarten. Zeitkritische Funktionen nutzen die Vektoreinheiten und Multi-Pipes moderner Prozessoren für die Parallelisierung. Besonders effektiv arbeitet die Software dann, wenn sie parallel auf mehreren Rechnern läuft, also im Clusterverbund gearbeitet wird. Die Netzwerkunterstützung (Gbit-Ethernet, Myrinet, Infiniband) ist in die parallele Software integriert und garantiert minimale Latenzen und hohe Bandbreiten.

Ein weiteres Kernelement von PV-4D ist die dezentrale Steuerung der Software. Ein Serverprozess übernimmt die Bildberechnung und erlaubt die Anbindung an einfache Viewer, die auf einem Laptop irgendwo im Unternehmen oder auf Frontend-Rechnern einer Virtual Reality-Umgebung installiert sind. Die Bildzusammensetzung, die in anderen Lösungen normalerweise von Spezialhardware übernommen wird, ist hier ebenfalls komplett in Software realisiert.

Die Software ist weltweit das leistungsfähigste Werkzeug, um gigantische Datenmengen schnell und interaktiv darzustellen. Die Performance der aktuellen Clustersysteme übertrifft dabei selbst die stärksten Spezial-Grafikrechner und ermöglicht die interaktive Visualisierung von über einem TeraByte an Daten. Das überzeugt auch Industriepartner wie DaimlerChrysler, die Shell AG oder die BerkeleyLabs in Kalifornien. Auf der Supercomputing, die vom 12. bis 18. November 2005 dauert, wird der neue PV-4D Ray Tracing Kernel gezeigt. Er ermöglicht das Volume Rendering von seismischen Daten in Echtzeit. Das erschließt Geophysikern eine neue Welt der Interaktion, und erleichtert die Analyse von Daten für die Exploration neuer Ölquellen.

Die aktuelle Implementierung nutzt ausschließlich die Vektoreinheiten der einzelnen SPEs für das sog. SIMD-Shaft Ray-Tracing, während die zur Verfügung stehenden PEs für die parallele Datenorganisation zuständig sind. In der ersten Kohärenzordnung können so 128 Strahlen auf jedem Cell-Prozessor parallel abgearbeitet werden, in der zweiten Kohärenzordnung 32 Strahlen hardware-parallel. Auf dem IBM-Stand in Seattle werden 16 Cell-Prozessoren zu einem leistungsfähigen Ray-Tracing-Cluster vereint.