Brandsimulation in der „Cloud“

Cloud Computing war eines der bestimmenden Themen der am Wochenende zu Ende gegangenen CeBIT 2011. Neben betriebswirtschaftlichen Anwendungen (ERP) und Software as a Service (SaaS) stellt sich nicht nur seit der CeBIT 2011 die Frage (siehe Vortrag von Stefan Truthän, S. 44 ff.) , ob Cloud Computing auch für ressourcenintensive Berechnungen im Bereich der Brandsimulation eingesetzt werden kann. Beispiele zeigen, dass die Nutzung einer Cloud auch für aufwendige Berechnungen nicht nur im Ergebnis der Betrachtung zu einer wirtschaftlichen Ertragssteigerung führen, sondern die Optimierung innerhalb von wenigen Tagen erfolgen kann (siehe Technical Review 2.2011, S. 34-38).

Am Beispiel des FDS-Verification-Benchmark-Test „bench1“ wird die Leistung des Web-Service Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) mit einer vorhandenen Workstation (Intel Core Duo, 2.4 GHz, 6 GB Arbeitsspeicher) nachfolgend gegenübergestellt.

Amazon Web Services
Amazon Web Services (AWS) ist eine Sammlung von verschiedenen Anwendungen, die von dem US-amerikanischen Unternehmen Amazon im Internet als Cloud-Lösung angeboten werden. Der Web-Service Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) ermöglicht die individuelle Anpassung der erforderlichen Rechenkapazität in der Cloud. Rechenkapazitäten können über eine einfache Web-Oberfläche konfiguriert und gestartet werden. Die Skalierung der gewünschten Instanzen benötigt nur wenige Minuten. Die Abrechnung erfolgt in Abhängigkeit der gewünschten Kapazität und Verfügbarkeit. Der Anbieter Amazon stellt hierfür verschiedene Pakete zur Verfügung. Nährere Informationen findet man in der Einführung zum Web-Service Amazon EC2.

Amazon EC2 und FDS
Die Instanzen „high-memory“ bieten nach Aussage von Amazon für Anwendungen zum Datenbank- und Arbeitsspeicher-Caching viel Arbeitsspeicher mit hoher Durchsatzrate. Im Gegensatz dazu sollen „high-CPU“ Instanzen für rechenintensive Anwendungen proportional mehr CPU-Ressourcen als Arbeitsspeicher zur Verfügung stellen. Unabhängig von der tatsächlich zu Grunde liegenden Hardware versucht Amazon eine gleichbleibende CPU-Kapazität anzubieten und hat hierzu die Einheit „Amazon EC2 Compute Unit“ eingeführt. Eine EC2 Compute Unit entspricht in etwa der Kapazität eines 1.0-1.2 GHz Opteron oder Xeon Prozessors aus dem Jahr 2007.

Der Verification Test „bench1“ wird mit den von Amazon angebotenen Instanzen „high-memory“ (m2.xlarge: 2x 3.25 EC2 Compute Unit mit 17.1 GB Arbeitsspeicher) und „high-CPU“ (c1.xlarge: 8x 2.5 EC2 Compute Unit mit 7.0 GB Arbeitsspeicher) durchgeführt. Als Betriebssystem kommt jeweils Windows Server 2008 R1 SP2 64bit und die FDS-Version 5.5.3 für Windows (64bit) zum Einsatz. Im Vergleich zur bekannten Arbeitsgeschwindigkeit der zur Verfügung stehenden Workstation sollen ausgehend von der Auswertung des FDS-Verification-Benchmark die effektive Arbeitsgeschwindigkeit (effective CPU clock rate) bestimmt werden.

Nach Durchführung der Berechnungen mit unterschiedlichen Gitterweiten auf den unterschiedlichen Instanzen ergeben sich folgende „effektive“ Arbeitsgeschwindigkeiten [GHz] der eingesetzten Prozessoren im Vergleich zur vorhandenen Workstation:

batch Zellenanzahl
Intel Core Duo,
2.4 GHz
m2.xlarge
2×3.25 EC2 CU
c1.xlarge
8×2.50 EC2 CU
1a
65.536
2.40
3.15
1.42
1b
131.072
2.40
3.15
1.64
1c
262.144
2.40
4.14
2.56
1d
524.288
2.40
3.42
2.48

Die Auswertung zeigt, dass sich die Instanz der Gruppe „high-memory“ scheinbar für FDS-Berechnungen sehr gut eignet. Die effektive Rechenleistung erscheint im Vergleich zu Instanzen der Gruppe „high-CPU“ für Berechnungen mit FDS besser. Bei „high-CPU“ Instanzen ist wohl die Verbindung des Hauptspeicher mit dem Prozessor nicht so gut gelöst.

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