IT-Systeme haben heute einen Anteil von etwa 15% am weltweiten Stromverbrauch. Aufgrund ihres exponentiellen Wachstums besteht aus ?kologischer und ?konomischer Sicht ein gro?es Interesse daran, die Energieeffizienz von Rechnersystemen zu steigern. Wie das m?glich ist, zeigen Prof. Dr. Christian Plessl, Informatiker, und Prof. Dr. Thomas Kühne, theoretischer Chemiker, mit ihrem interdisziplin?ren Forschungsprojekt, das das Pr?sidium der Universit?t Paderborn nun mit einem 150.000 Euro dotierten Preis unterstützt.
Paradigmenwechsel in der Informationsverarbeitung
Informationstechnologien haben sich über nur wenige Jahrzehnte zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt und üben heute einen starken sowie stetig zunehmenden Einfluss auf Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft aus. Von ihrem exponentiellen Wachstum ist nicht nur die Rechenleistung, sondern auch die Anzahl der IT-Systeme betroffen. Eine derart rasante Entwicklung bedarf umso dringender der Erforschung von energieeffizienten Rechenmethoden, was jedoch ein bekanntes Problem aufwirft: ?Wenn eine reproduzierbare Berechnung und Speicherung von Information gefordert wird, stehen der weiteren Effizienzsteigerung eine Reihe von praktischen Beschr?nkungen im Wege. Am Ende wird die Effizienz durch eine harte physikalische Grenze, die sogenannte Landauer-Schranke, begrenzt“, erkl?rt Plessl, Professor für Informatik und Leiter des ?Paderborn Center for Parallel Computing“ (PC?). Diese Hindernisse gilt es nun zu umgehen und zwar mit Hilfe von ?Approximate Computing“. Kühne, Professor für theoretische Chemie am Department für Chemie, dazu: ?Beim Konzept des ?Approximate Computing”, was wir in diesem Projekt untersuchen m?chten, handelt es sich um einen fundamentalen Paradigmenwechsel, bei dem man die exakte Reproduzierbarkeit bewusst aufgibt und inexakte Berechnung und Speicherung zul?sst.“ Aus dieser Methode ergebe sich der Vorteil, dass sich grunds?tzlich ?u?erst effiziente Berechnungen erm?glichen lassen und perspektivisch sogar die Landauer-Schranke unterboten werden kann.
Geringerer Energieverbrauch, h?here Datenmengen
Um das Vorhaben in die Tat umsetzen zu k?nnen, sind jedoch neue Rechenmethoden notwendig, die es erlauben, aus ungenauen Berechnungen exakte Resultate abzuleiten. Im Gegensatz zu konventionellen Computerchips (CPUs), die zwar sehr flexibel sind, allerdings viel ungenutzte Chipfl?che für Operationen vorhalten, l?sst sich mit anwendungsspezifischen Hardwarebausteinen (FPGA) ma?geschneiderter und energieeffizienter arbeiten. Hier soll mithilfe der in Paderborn ma?geblich mitentwickelten Simulationssoftware CP2K eine neuartige und fehlertolerante Berechnungsmethode vorgeschlagen werden. ?Im Erfolgsfall h?tte man mit diesem Projekt einen eindrücklichen Machbarkeitsnachweis für die Nützlichkeit von Approximate Computing weit über das wissenschaftliche Rechnen hinaus. M?glicherweise lie?e sich dieses Konzept auch erfolgreich auf eine Vielzahl anderer Gebiete anwenden, wie zum Beispiel auf globale Optimierungsprobleme, numerische Mathematik, Computergraphik, Quantum Computing und maschinelles Lernen“, so Kühne. Auch fachübergreifend profitiere die Forschung an der Universit?t Paderborn von diesem Projekt, sagt Plessl: ?Die Integration des ?Approximate Computing“-Konzepts würde die in den Departments Chemie, Physik und Informatik verarbeiteten Datenmengen nicht nur erh?hen, sondern gleichzeitig den Energieverbrauch im Rechenzentrum PC? reduzieren.“
Plessl und Kühne erhalten den Forschungspreis in einem feierlichen Rahmen beim n?chsten Neujahrsempfang der Universit?t Paderborn im Januar 2019. Der Forschungspreis der Universit?t richtet sich an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die mit vision?ren Ideen, gewagten Hypothesen, kreativen und unkonventionellen Technologien oder innovativen und mutigen Methoden Projekte abseits des Mainstreams entwickeln.
