Ob Google, Online-Banken oder wissenschaftliche Simulationen: Viele Computer-Anwendungen benötigen heute eine Rechenleistung, für die man eine große Zahl von Prozessoren bündeln muss. Computer-Cluster, die oft aus vielen tausend einzelnen Rechnern zusammengesetzt sind, brauchen eine gewaltige Menge an Energie. Ivona Brandic vom Institut für Informationssysteme der TU Wien versucht, den Energiebedarf solche Computeranlagen durch kluge Programmier-Techniken zu senken. Die TU Wien förderte diese Arbeit nun mit dem Wissenschaftspreis, der mit 500.000 Euro dotiert ist.

Wer verbraucht den Strom – der Computer oder das Programm?
Ein hoher Energiebedarf bedeutet auch eine schlechte CO2-Bilanz: Etwa zwei Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes gehen heute auf das Konto der Computertechnologie. Damit ist der Betrieb von Computern ähnlich klimaschädlich wie der gesamte weltweite Flugverkehr – Umwelt-Verbesserungen im IT-Bereich zahlen sich also aus. „Hardwareerzeuger bemühen sich zwar, Komponenten mit geringem Stromverbrauch zu konstruieren, doch in der Softwareentwicklung war Energieeffizienz lange überhaupt kein Thema“, bedauert Ivona Brandic. Nachdem aber der Stromverbrauch eines Rechners davon abhängt, wie intensiv man ihn arbeiten lässt, kann man durch intelligente Programmierung viel Energie sparen.

Bei großen Hochleistungscomputern wird die Rechenarbeit auf eine Vielzahl von Prozessoren aufgeteilt. Meist lassen in einem Netz von Computern viele verschiedene Benutzer unterschiedlich aufwändige Programme gleichzeitig laufen. Spezielle übergeordnete Programme – sogenannte Scheduler – regeln, welcher Benutzer für welches Programm welche Rechenzeiten zugewiesen bekommt. Normalerweise verteilen diese Scheduler die Ressourcen so, dass alle Programme möglichst schnell laufen. Ivona Brandic untersucht mit ihrem Team, wie man durch ein kluges Management der Rechenressourcen gleichzeitig Energie und CO2-Ausstoß sparen kann.

Programm legt Prozessoren schlafen
„Es ist zum Beispiel oft deutlich energieaufwändiger, zwei Prozessoren mit geringer Leistung rechnen zu lassen, als einen Prozessor voll auszulasten, und dafür den anderen abzuschalten“, erklärt Ivona Brandic. Ein kluges Scheduling-System könnte also Teile eines Großrechners herunterfahren, wenn das System nicht voll ausgelastet ist, anstatt alle Prozessoren mit geringer Leistung laufen zu lassen.  Um solche Maßnahmen sinnvoll planen zu können, muss das Computersystem allerdings in der Lage sein, den eigenen Stromverbrauch zu beobachten und bis zu einem gewissen Grad auch vorherzusehen. Durch Erfahrungen aus früheren Programmdurchläufen soll das System lernen, wie sich der Strombedarf ändern wird, und dementsprechend die zur Verfügung stehenden Ressourcen vorausschauend verteilen.
„Wir wollen ein autonomes System aufbauen“, sagt Brandic, „ein Computersystem, das sich selbst automatisch überwacht und managt, ähnlich wie das unser Körper macht. Er kümmert sich um Atmung, Gleichgewicht oder Körpertemperatur, ohne dass wir ständig bewusst eingreifen müssen.“

Tolle Forschungsbedingungen an der TU Wien
Die TU Wien ist für Ivona Brandic der optimale Ort, um an diesen Problemen zu forschen: „Hier gibt es viele Arbeitsgruppen, die sich mit aufwändigen Computersimulationen beschäftigen, und es gibt auch direkt im Haus große Computercluster, die wir im praktischen Einsatz beobachten und analysieren können. Das ist für mich und mein Team sehr wichtig.“

Der Wissenschaftspreis der TU Wien wurde am 27. September 2011 von der designierten Rektorin Prof. Sabine Seidler an Ivona Brandic vergeben. Die 500.000 Euro, mit denen dieser Preis dotiert ist, werden Brandics Arbeit einen wichtigen Schritt nach vorne bringen: „Ein Großteil davon wird als Personalkosten ausgegeben – unser Team wird sich also vergrößern“, freut sich Brandic. Auch der Kauf eines eigenen Computerclusters ist geplant: „Auch wenn die Analyse bestehender Computercluster sehr wichtig ist – manchmal brauchen wir unser eigenes Gerät, an dem wir beliebig herumschrauben können, ohne dadurch die Computerberechnungen anderer Leute durcheinanderzubringen.“

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Rückfragehinweis:
Dr. Ivona Brandic
Instiut für Informationssysteme
Technische Universität Wien
Argentinierstraße 8, 1040 Wien
T: +43-1-58801-58417
<link>ivona.brandic@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
<link>florian.aigner@tuwien.ac.at