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HighPerformance FPGA-Cluster

Prof. Dr. Andreas Noack; Prof. Dr. Christian Bunse; Prof. Dr. Martin Staemmler
Fachbereich Elektrotechnik und Informatik

In der Informatik gibt es einige Probleme, die sich nur mit einem riesigen Berechnungsaufwand lösen lassen. In vielen Fällen kann man diese Probleme in viele kleine Teilprobleme unterteilen und parallelisiert deutlich schneller lösen.

Beispiele dafür gibt es aus verschiedenen Teilgebieten der Informatik: IT-Sicherheit und Kryptographie (Ermittlung von Passwörtern/Schlüsseln aus Klartext-Chiffratpaaren oder Challenge-Response Tupeln, Primzahltests) sowie in der Allgemeinen Informatik, künstliche Intelligenz, Computernetze (Berechnung von neuronalen Netzen, Berechnung von genetischen Algorithmen, Simulation von großen Netzwerken oder Szenarien)

Für diese Parallelisierung werden viele Rechenkerne benötigt, wie sie unter anderem auf modernen Grafikkarten verfügbar sind. Aufwändige Probleme erfordern jedoch oftmals noch mehr Rechenleistung, als einige zusammengeschaltete moderne Grafikkarten zur Verfügung stellen können. In diesem Fall bietet sich ein Cluster aus FPGAs (Field Programmable Gate Array) an, welche im Vergleich mit Grafikkarten viel effizienter sind und skalierbarer zusammengefasst werden können.

Ausgewählte Firmen bieten verschiedene FPGA-Clustersysteme an, die mit einer C++-Api, OpenCL oder zum Teil VHDL angesprochen werden. Parallelisierbare Probleme können so an das FGPA-Cluster übergeben und auf allen FPGA-Berechnungseinheiten gleichzeitig gelöst werden. Die angebotenen Systeme unterscheiden sich in Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit.

Im Rahmen der EFRE-Förderung wurde ein High Performance Computer beschafft: SciEngines Rivyera S6-LX150. Dieser High Performance Computer eignet sich für die Bearbeitung von besonders rechenintensiven Problem, wie dem Ermitteln von Passwörtern von Chiffren mit einem geringen bis mittleren Sicherheitsniveau, wie sie üblicherweise in den Bereichen Internet of Things oder Smarthome eingesetzt werden. Bis zu 2^64 Operationen sind in absehbarer Zeit durchführbar.
Neben Anwendungsfällen aus der IT-Sicherheit und Kryptographie sind auch logische Probleme aus dem Gebiet der Informatik möglich.

Bezogen auf die IT-Sicherheit und Kryptographie gibt es eine eigene Themenreihe für Projekt- und Abschlussarbeiten, die sich stets an aktuellen Forschungsvorhaben orientiert und sich unter (http://noack.fh-stralsund.de) einsehen lässt. Für weitere Informationen steht Ihnen Prof. Dr. Andreas Noack gerne zur Verfügung.

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