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Aktuelle Rechner erlauben lediglich Rasen statt Fliegen Blitzanalysen fordern neue, andere Hardware

Autor / Redakteur: Hans-Joachim Allgaier / Ulrike Ostler

Alle Macht der Software! Ja, aber … Es braucht neue Hardware, insbesondere im Bereich der Analyse. Denn: Das explosionsartige Wachstum von Datenmengen stellt selbst neuste Hochleistungsverfahren zur Echtzeit-Analyse vor immer größere Herausforderungen.

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Das Foto gehört zu einer HP-Moonshot-Anwendergeschichte: Sandia Labs
Das Foto gehört zu einer HP-Moonshot-Anwendergeschichte: Sandia Labs
(Bild: HP)

Jüngst trafen sich 50 führende Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft bei einer Tagung von Informatikforschern am Hasso-Plattner-Institut (HPI) in Potsdam. Dort ging es beim zehnten „Future SOC Lab Day“ auch um aktuelle Forschungsergebnisse, die mit neuster Hard- und Software im HPI-Spitzenforschungslabor erzielt worden sind.

Deutlich wurde: Blitzschnelle und flexible Big-Data-Auswertungen mit der am HPI erforschten und mitentwickelten In-Memory-Technologie stoßen aufseiten der Hardware mittlerweile auf physikalische Grenzen. Das neuartige Hauptspeicher-Daten-Management lässt riesige Datenmengen ausschließlich im schnellen Hauptspeicher eines Computers mit vielen Rechenkernen residieren und verarbeitet sie mithilfe einer speziell organisierten Höchstgeschwindigkeits-Datenbank.

HPI-Wissenschaftler Frank Feinbube erläutert: „Echtzeit-Analysen auf immer größeren Datenmengen erfordern ganz neue Kniffe sowohl auf Hardware- als auch auf Softwareseite. Derzeit ist die Situation praktisch so, als säße ein Formel-1-Pilot in einem Jet und fährt damit nur, statt abzuheben und rasant zu fliegen.“

Neuartige Hardware

Logische Konsequenz wäre es, dass die Hardware anders gebaut werden müsste, aber das funktioniere nicht, so ein Wissenschaftler. Deshalb müssten Wege gefunden werden, wie die entsprechende Soft- und Hardware optimal harmonieren könnten.

Anwendungsszenarien müssten zunächst einmal bis ins letzte Detail bedacht werden, um die Hardware- und Big-Data-Management-Systeme optimal anzupassen. So könnten beispielsweise im Zeichen von „Industrie 4.0“ Anwendungen entstehen, bei denen Lagerkapazitäten, Materiallieferung und Herstellung aufs Genauste abgestimmt werden mit aktuellsten Rohstoffpreisen, Verkaufsmargen und anderen Optimierungsprozessen.

HPI-Forschungspartner Hewlett Packard stellt The Machine vor

Hewlett Packard, einer der Ausrüster und Partner des HPI-Spitzenforschungslabors, stellte in Potsdam seinen Ansatz für eine völlig neue Computer-Generation mit einer andersartigen Netzwerkarchitektur vor. Kernstück der Neuentwicklung sind sogenannte Memristoren, an denen HP bereits seit 2008 experimentiert, wie HP-Entwickler Axel Simon auf dem Future SOC Lab Day erkläuterte.

Bei Memristoren handelt es sich um passive Bauelemente, deren Widerstand variabel ist. „Der jeweilige Wert hängt stets davon ab, wie viele Ladungen in welcher Richtung vorher geflossen sind. Auch wenn kein Strom mehr zugeführt wird, bleibt dieser Zustand erhalten“, führt Simon aus. Dies habe man sich die Forscher zu Eigen gemacht und wolle es zum Speichern von Daten und zum Rechnen nutzen.

Memristoren und Moonshot

Memristoren verfügen theoretisch über sehr hohe Kapazitäten und extrem schnelle Zugriffszeiten im Nanosekundenbereich. Der Wermutstropfen: Bislang liegen HP noch keine Muster vor.

Simon versprach, dass 2016 erste Bauteile verfügbar sein würden. Zudem sollen Memristoren auch Eingang in neuartige Prozessoren (Systems-on-Chips) finden und über „Photonics“, eine serielle optische Verbindung, kommunizieren. So könnten noch gewaltigere Datenmengen blitzschnell ausgewertet werden. Herkömmliche Verbindungen seien dabei nicht praktikabel, hieß es.

Komplettiert wird „The Machine“, wie Hewlett-Packard das Konzept nennt, durch „Moonshot“-Systeme. Pro Rack sollen sich so enorme Datenmengen von mehr als 150 Petabyte speichern lassen. Herkömmliche Festplatten fassen nur einen Bruchteil. Angedacht für The Machine soll ein Setting von bis zu acht Racks sein.

Strom sparen!

Mit dieser Struktur auf Memristoren-Basis ließe sich auch extrem viel Energie einsparen. Aktuell lässt sich der Energieverbrauch des weltweiten Public Cloud-Computings mit dem ganzer Industriestaaten vergleichen.

In einem in Potsdam präsentierten Vergleich rangiert der Energieverbrauch für Cloud-Computing auf dem fünften Platz hinter dem von China, den USA, Russland und Japan. HP wolle sein neues System in zwei bis drei Jahren zur Marktreife bringen und dann vorstellen, so Simon.

Anwendungen in Sicht

  • Die Wissenschaft indes ist nicht arm an Anwendungen, die neue Hardware fordern. Die HPI-Wissenschaftlerin Dr. Mariana Lara Neves beispielsweise stellte auf dem Future SOC Lab vor, wie wissenschaftlichen Texte per Echtzeit-Analyse bei der Bewertung biomedizinischer Daten für Erkrankungen helfen und so auch ganz neue Zusammenhänge erkennen helfen können.
  • Göttinger Forscher präsentierten auf der HPI-Veranstaltung ihr „Intelligent Data Replication for Ontology-Based Query Answering“. Das System sucht nach Ähnlichkeiten und es gelingt, Suchanfragen intelligent mit einer speziellen Bibliothek zu verknüpfen.
    So ist es beispielsweise möglich, in medizinischen Datenbanken nach dem Stichwort Influenza zu suchen, und das System wertet auch artverwandte Daten aus wie zu Husten und Schnupfen aus. Alles wird anschließend in einem übergeordneten Kontext zusammengestellt und ermöglicht so einen ganz neuen Erkenntnisgewinn.
  • Zudem beschäftigten sich die Big-Data-Experten auf der Potsdamer Veranstaltung mit verlässlichen Eckdaten für die Software-Verifikation in der Cloud. Dieser Prozess stellt sicher, dass Software zu ihrer Spezifikation konform, also richtig gebaut ist oder dass sie die Anforderungen in der Praxis erfüllt und richtig funktioniert.

Der nächste Future SOC Lab Day wird vom HPI am 4. November veranstaltet.

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