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Entwicklung von Komponenten eines parallelen Logiksimulationssystems (Hering, Haupt, Villmann, Petri)
Das Logiksimulationssystem verkörpert den unmittelbaren softwareseitigen Hintergrund unserer Arbeiten zu Modellpartitionierungsalgorithmen. Es ist in zwei Komponenten konzipiert: parallelTEXSIM (paralleler Simulator) und parallelMAP (Komponente für Modellanalyse und -partitionierung). Als Grundlage für die parallele Realisierung beider Komponenten dient das AIX Parallel Environment.
parallelTEXSIM wurde im Rahmen der Diplomarbeit von D.Döhler ausgehend von dem sequentiellen Simulator TEXSIM implementiert.
parallelMAP wurde im vergangenen Jahr konzipiert und seine Implementierung im Rahmen der Diplomarbeit von H.Hennings begonnen. Für die Komponente sind zwei Arbeitsmodi vorgesehen: experimental mode für die Untersuchung und Entwicklung von Partitionierungsalgorithmen sowie Modellanalysen, production mode für den unmittelbaren Einsatz der Komponente zur Modellpartitionierung im Vorfeld der parallelen Simulation mit parallelTEXSIM. parallelMAP wird sowohl die Fähigkeit zum multiprocessing als auch zum parallel processing aufweisen.
Entwurfsautomation Feldprogrammierbarer Gate Arrays (Spruth, Herrmann)
Die VLSI-Hersteller sind seit einigen Jahren in der Lage, sehr leistungsfähige und hochintegrierte "Field Programmable Gate-Arrays" (FPGAs) herzustellen. Im Gegensatz zu klassischen anwenderspezifischen Bausteinen (Standardzellen, Makrozellen, Sea of Gates) ist hier die Schaltkreisfunktion nicht durch einen Maskensatz, sondern durch eine von Fall zu Fall durchgeführte Programmierung implementiert. Die Circuit-Configuration befindet sich in einem Speicher, der entweder einmalig (Antifuse-Technik) oder wiederholt (EPROM, EEPROM, SRAM) reprogrammierbar ist.
Der Entwurf von Logikschaltungen mit FPGAs ist besonders schwierig, weil anstelle herkömmlicher Bausteine (UND, ODER, usw.) komplexe Zellen eingesetzt werden, Plazierung und Verdrahtung einen extremen, oft nur schwer vorausberechenbaren Einfluß auf die Geschwindigkeit der Schaltung haben und wegen der geringeren Integrationsdichte bei großen Logikschaltungen eine sinnvolle Aufteilung auf mehrere Chips erforderlich ist. Die Arbeiten erfolgen im Rahmen eines gemeinsamen, von der DFG geförderten Forschungsprojekts mit den Lehrstühlen Prof. Antreich, München, und Prof. Rosenstiel, Tübingen, aufgesetzt, mit dem Ziel, Komponenten für ein durchgängiges System zur Entwurfsverarbeitung von FPGAs zu schaffen, wobei die Komponenten aufeinander abgestimmt sind und in ein gemeinsames Framework eingebettet werden können. In Leipzig werden die Verdrahtung (Routing) und die System-Integration bearbeitet.Hochgeschwindigkeitsnetze (Spruth, Hänßgen)
Im Bereich Technische Informatik ist ein ATM-Netz mit ersten Anwendungen aufgebaut worden. Die Labor-Technik ist im Rahmen verschiedener Drittmittel-Projekte beschafft bzw. von industriellen Einrichtungen jeweils für einen befristeten Zeitraum kostenlos zur Verfügung gestellt worden. Es besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem FOKUS-Institut der GMD Berlin, der IBM Heidelberg, den IBM Geschäftsstellen Leipzig und Chemnitz und verschiedenen weiteren industriellen Einrichtungen, siehe "Modellversuch”. Es werden Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit, zur Migration von herkömmlichen Netzen (z.B. TokenRing) hin zu ATM und zu Einsatzbedingungen der neuen Technologie geführt. Dazu werden Hard- und Software-Produkte verschiedenster industrieller Partner evaluiert. Folgende Aufgaben wurden dabei speziell bearbeitet bzw. seit 1995 fortgeführt:
Untersuchungen des Betriebssystems SOLARIS auf mögliche Engpässe und Reserven bei der Einbindung in Hochgeschwindigkeitsnetze (GMD Berlin)
Untersuchungen des Leistungsverhaltens und der Signalisierung bei Hochgeschwindigkeits-ATM-Netzbaugruppen und -geräten (GMD Berlin)
Untersuchungen des Datentransfers NOVELL - TCP/IP
TokenRing-Netz-Leistungsuntersuchungen unter NetBIOS und TCP/IP (Zusammenarbeit mit R+V-Wiesbaden)
Migration von TokenRing-Netzen zu ATM-Netzen
ATM-Leistungsuntersuchungen
ATM-Anforderungen an das Betriebssystem AIX (IBM Heidelberg)
LAN-Emulation unter ATM (GMD Berlin)
LAN-Emulation und Routing unter ATM
Video-Conferencing und Video-Übertragung über ATM auf IBM-RISC- und PC-Basis
Management für Hochgeschwindigkeitsnetzwerke über SNMP
Partitionierungsalgorithmen zur parallelen Logiksimulation (Hering, Haupt, Villmann, Petri)
Die funktionelle Logiksimulation mit parallelTEXSIM (implementiert im Rahmen der Diplomarbeit von D.Döhler) basiert auf modellinhärenter Parallelität. Während der Simulation eines Clock-Cycle kooperiert eine Menge von auf einem lose gekoppelten Prozessorsystem (IBM SP2 oder RS/6000 Workstation-Cluster) laufenden Simulatorinstanzen, wovon jede einen Teil eines synchronen VLSI-Designs bearbeitet. Die vorangehende Modellpartitionierung bestimmt die Effizienz der parallelen Simulation wesentlich.
Im zurückliegenden Jahr haben wir die von uns entwickelte hierarchische Modellpartitionierungsstrategie in Form eines zweistufigen Verfahrens konkretisiert (schnelle Vorpartitionierung zur Reduzierung der Problemkomplexität, danach Einsatz genetischer Algorithmen). Dieses Verfahren konnte erfolgreich für Modelle realer Prozessorstrukturen mit mehr als 2 Millionen Objekten (auf Register-Transfer / Gate-Ebene) eingesetzt werden. Als Grundlage für die Entwicklung, Untersuchung und Implementierung von Partitionierungsalgorithmen wurde die im Rahmen von parallelTEXSIM realisierte Zyklus-Simulation (Parallel Cycle Simulation) unter Einbeziehung eines strukturellen Hardware-Modells und eines Modells der Parallelverarbeitung (Communicating Processors) formal gefaßt. Damit wurde insbesondere eine Basis für die Bewertung von Partitionen hinsichtlich der Qualität einer korrespondierenden parallelen Simulation geschaffen.
Simulation komplexer meteorologischer Modelle auf lose gekoppelten Parallelrechnern (Spruth, Hering)
Ziel dieses Vorhabens ist die Parallelisierung einer heterogenen Menge numerischer Modelle meteorologiespezifischer Prozesse auf Message Passing - Basis unter Einsatz von Parallel Programming Templates (parametrisierte Programmrahmen). Ausgehend von einer detaillierten Modell- und Algorithmenanalyse soll eine einheitliche Menge von Grundoperationen spezifiziert und implementiert werden, welche gemeinsam mit bereits bestehenden sowie noch zu schaffenden Software-Modulen die Basis für die Konstruktion von Templates bilden. Es werden effiziente Implementierungen der Grundoperationen für verschiedene parallele Architekturen vorgesehen (Portabilität, Metacomputing). Das Vorhaben soll Fachwissenschaftlern Werkzeuge zur effizienten Nutzung lose gekoppelter Systeme zur Verfügung stellen.
Im vergangenen Jahr wurden konzeptionelle Vorarbeiten zur Schaffung eines interdisziplinären Projekts durchgeführt, welches neben dem Informatik-Teilprojekt aus zwei Projekten am Institut für Meteorologie der Universität Leipzig (Modellierung von Rückkopplungseffekten zwischen Wolken und Bodenfeuchte / Wechselwirkungen und Langzeitvariabilität in einem gekoppelten Ozean-Atmosphären-Modell) sowie einem Projekt am Institut für Troposphärenforschung e.V. Leipzig (Mesoskalige Modellierung der Ausbreitung reaktiver Luftbeimengungen) bestehen soll.
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2.2 Übersicht Drittmittelprojekte
2.1.6 Forschungsvorhaben: Intelligente Systeme