Motivation
High-Performance Computing (HPC) gehört heute in vielen wissenschaftlichen Disziplinen zu den grundlegenden Forschungsmethoden, zum Beispiel in der Klimamodellierung, in der Astrophysik und in der Biologie. Alle Rechenzentren in Deutschland verbrauchen ca. 3 % des nationalen Stroms. Selbst geringe Energieeinsparungen in Rechenzentren führen zu einer relevanten Einsparung an CO2. Ziel der Förderrichtlinie „GreenHPC“ ist es, durch Verbesserung der Energieeffizienz im HighPerformance Computing in der Forschung und auch in kommerziellen Rechenzentren die Innovationskraft am Standort Deutschland zu stärken.Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens ist die Implementierung einer energieoptimierten Genomsequenzierungsbibliothek für die bioinformatische Sequenzanalyse auf integrierten Schaltkreisen, in die eine logische Schaltung geladen werden kann (Field Programmable Gate Array –FPGA). Dazu sollen zwei bereits vorhandene Datenstrukturen aus der weitverbreiteten Software-Bibliothek SeqAn auf FPGAs übertragen werden, um dank dem effizienteren Aufbau für Spezialanwendungen eine drastische Reduktion des Energieverbrauchs bei gleichbleibender rechnerischer Leitung zu erreichen. In vergleichbaren Studien ergaben sich so Energieeinsparpotenziale von bis zu zwei Größenordnungen gegenüber der Ausführung auf klassischen Prozessoren. In einer Anwendungsdemonstration sollen schließlich die Energieeinsparungen charakterisiert und verglichen werden. Innovationen und Perspektiven
Neben einem hohen Energieeinsparpotenzial liegt die Kerninnovation in der generischen Implementierung der Datenstrukturen. Sie führt dazu, dass für eine Übertragung auf andere Anwendungen nur sehr geringe Anpassungen an bestehenden anderen Softwarepaketen erforderlich werden. Dadurch und aufgrund der weiten Verbreitung von SeqAn erzielt das Vorhaben eine sehr hohe Breitenwirksamkeit.
