Onderzoekers Universiteit Antwerpen ontwikkelen desktop supercomputer.

FASTRA

Hoeveel rekenkracht kan je halen uit een desktop PC? In ons onderzoek op het gebied van beeldreconstructie moeten we regelmatig grote berekeningen uitvoeren, waarvoor een normale PC doorgaans weken moet rekenen. Om dit probleem aan te pakken, hebben we een speciale PC ontwikkeld en geprogrammeerd, die onze wetenschappelijke berekeningen net zo snel uitvoert als een cluster van honderden PCs. Met deze superPC, die voornamelijk bestaat uit gaming hardware en nog geen 4000 euro kost, kunnen we onze drie-dimensionale reconstructies in een paar uur uitvoeren: meer dan 100 keer zo snel.

De onderzoeksgroep ASTRA, die deel uitmaakt van het Visielab, is gespecialiseerd in de ontwikkeling van nieuwe rekenmethoden voor tomografie. Tomografie is een techniek die o.a. wordt gebruikt in medische scanners om driedimensionale beelden van een patiënt te maken, op basis van een groot aantal X-stralenfoto's, opgenomen onder verschillende hoeken. ASTRA ontwikkelt nieuwe reconstructietechnieken die leiden tot kwalitatief betere reconstructies dan klassieke methoden.

Onze technieken hebben echter een belangrijk nadeel: ze zijn bijzonder traag. Omdat de 3D beelden waarmee we werken erg omvangrijk kunnen zijn (typisch 1024x1024x1024 volume-elementen, of nog meer) kost het gebruik van geavanceerde reconstructiemethoden soms meerdere weken rekentijd op een normale PC.





Gelukkig kunnen deze berekeningen parallel worden uitgevoerd, bijvoorbeeld op een cluster van honderden PCs. Gebruik van een grote cluster heeft echter enkele belangrijke nadelen: een cluster is zeer duur (enkele miljoenen euro), is niet altijd beschikbaar, neemt veel ruimte in en vergt veel onderhoud. Om ook zonder cluster onze berekeningen te kunnen uitvoeren ontwikkelen we software waarmee we beelden kunnen reconstrueren met behulp van grafische kaarten, die eigenlijk bedoeld zijn voor het spelen van 3D games. Grafische kaarten blijken uitermate geschikt te zijn voor tomografie. Elke grafische processor (GPU) bevat 128 kleine processoren die in parallel kunnen werken. Door de GPU's op deze kaarten slim te programmeren kunnen zeer veel berekeningen gelijktijdig worden uitgevoerd.

Door te rekenen op de GPU i.p.v. de CPU, kunnen we al een versnelling bereiken van meer dan een factor 40 t.o.v. een enkele CPU kern: mooi, maar nog niet genoeg. Daarom ontwikkelden we voor onze zware berekeningen de FASTRA: een desktop superPC, met als belangrijkste bouwstenen zeer snelle grafische kaarten. Door 8 grafische processoren tegelijkertijd te laten werken kan dit systeem even snel rekenen als 350 CPU kernen samen, wat de rekentijd van enkele weken terugbrengt tot enkele uren. De FASTRA bevat vier NVIDIA 9800GX2 grafische kaarten, elk met twee GPU's. En het mooiste van al ... de totale kostprijs van dit systeem bedraagt minder dan 4000 euro.

Een milieuvriendelijke desktop supercomputer tegen een zeer lage kostprijs ... voor onze toepassingen ideaal!