Ein Vergleich der Multitasking-Implementierungen auf CRAY X-MP und IBM 3090

In der wissenschaftlichen Forschung haben viele Fragestellungen und die damit verbundenenProblemgrößen eine solche Komplexität erreicht, daß eine Untersuchung imLabor enorme Kosten verursacht und manchmal sogar technisch unmöglich ist. AlsBeispiele seien die Bereiche Meteorologie (Wettervorhersage), Festkörperphysik,Ökologie und aerodynamische Untersuchungen (Windkanal) genannt. Bei der Forschungin diesen Disziplinen gewinnt daher die Simulation von Vorgängen durch numerischeAlgorithmen immer mehr an Bedeutung. Allerdings reicht für viele Probleme die Rechenleistungder verfügbaren Großrechner, die nach dem Prinzip des von-Neumann-Rechnerskonzipiert sind, nicht aus. Die Berechnungen, z.B. im Bereich der Simulationvon dynamischen Abläufen, sind so umfangreich, daß sie auch auf heute verfügbarenRechnern noch viele Jahre Rechenzeit erfordern.In der Vergangenheit konnte durch die Weiterentwicklung der im Rechnerbau verwendetenTechnologien die erzielte performance gesteigert werden. Die bei der Bauteile-Herstellungbestehenden physikalischen Grenzwerte, z.B. die Lichtgeschwindigkeit alsobere Schranke für die Signalfortpflanzung, ließen die Verbesserungen aber immer geringerausfallen, während der dazu benötigte Aufwand drastisch stieg.Durch die Modifikationen der Architektur, auf der die Rechner basierten, konntenweitere Leistungssteigerungen erzielt werden. Vor allem die Nutzung von pipelining unddie damit unmittelbar zusammenhängende Einführung der Vektorverarbeitung machteeine schnellere Bearbeitung von entsprechenden Programmen möglich. Beim pipeliningwird eine Funktion, z.B. die Addition, in mehrere Unterfunktionen aufgeteilt, und dieModule, welche die einzelnen Teilfunktionen realisieren, werden entsprechend der Abarbeitungsreihenfolgemiteinander verbunden ([HwBr,84]). Diese Module können dannüberlappt an mehreren Vektorelementen gleichzeitig arbeiten. Die Ausstattung einesRechners mit Funktionseinheiten zur Vektorverarbeitung bedeutet somit den Übergangvom SISD- zum SIMD-Rechner ([HoJe,88]). Einer der ersten kommerziell verfügbarenVektorrechner war die CRA Y-1 der Firma CRA Y Research Inc. Daneben ist in diesemZusammenhang die CYBER 205 von Control Data zu erwähnen ([HoJe,88]).Da aufgrund der physikalischen und technologischen Gegebenheiten die Schaltgeschwindigkeitder Bauteile nur noch in begrenztem Maß gesteigert werden konnte,mußten andere Wege gesucht werden, um weitere Leistungssteigerungen zu erzielen.Heute sind vier Entwicklungslinien erkennbar, die die aktuell verfügbaren Rechnerarchitekturencharakterisieren: [...