MPI-Forum trifft sich am HLRS zur Vorbereitung von MPI 5.0

Der 1994 erstmals veröffentlichte MPI-Standard ist eines der wichtigsten parallelen Programmiermodelle für High-Performance-Computing (HPC)-Anwendungen weltweit. Er ermöglicht die Nutzung von Hoch- und Höchstleistungsrechnern indem er es möglich macht, ein komplexes Problem in viele kleinere Teile zu zerlegen und diese über eine große Anzahl von Prozessoren zu parallelisieren. Die Entwicklung paralleler Anwendungen stellt eine besondere Herausforderung dar, da viele Prozessoren so miteinander verbunden werden müssen, dass sie die Fähigkeiten eines Supercomputers möglichst effizient nutzen. Mit dem Message Passing Interface (MPI) können Fachleute diese zahlreichen Prozessoren synchronisieren und die Kommunikation dazwischen steuern. MPI hat sich unter Programmierer:innen von Hoch- und Höchstleistungsrechnern aufgrund seiner Portabilität und Performance weltweit durchgesetzt und ist heute auf fast allen HPC-Systemen verfügbar.

Gegründet wurde das MPI-Forum Anfang der 1990er Jahre. Anbieter, Forschende und Entwickler:innen aus den USA und Europa haben gemeinsam einen Standard geschaffen, der den Bedarf an einer portablen und leistungsfähigen Methode zur Programmierung von Systemen mit verteiltem Speicher erfüllt. Der kommende Standard MPI 5.0 ist das erste größere Update seit der Veröffentlichung von MPI 4.0 im Jahr 2021. Mit jedem neuen Standard gehen Änderungen einher, um den aufkommenden Anforderungen aufgrund neuer Hardware und HPC-Anwendungen gerecht zu werden.

Als Hauptmerkmal wird in MPI 5.0 ein Application Binary Interface (ABI) eingeführt. Dieser Schritt trägt dem wachsenden Angebot an Hardware, der zunehmenden Vielfalt neuer Technologien und den damit einhergehenden Kompatibilitätsproblemen Rechnung. Auch das Aufkommen der künstlichen Intelligenz hat zu dieser Komplexität beigetragen. Programmierer:innen müssen vermehrt in verschiedenen Umgebungen arbeiten und Programme, die mit unterschiedlichen Technologien erstellt wurden, zu Workflows kombinieren. Mit dem ABI in MPI 5.0 werden MPI-Bibliotheken verschiedener MPI-Anbieter auf diversen HPC-Plattformen interoperabel. Darüber hinaus wird MPI 5.0 die Übertragbarkeit und Leistung von MPI-basierten Anwendungen in Container-Umgebungen verbessern. 

Das HLRS ist ein langjähriges Mitglied des MPI-Forums und hat bereits bei der Entwicklung des 1996 veröffentlichten MPI 2.0 Standards mitgewirkt. Gegenwärtig vertreten Dr. Christoph Niethammer und Dr. Tobias Haas das HLRS innerhalb des MPI-Forums als Chapter Chair und als Mitglied mehrerer Arbeitsgruppen. Sie beteiligen sie sich an den technischen Aspekten der MPI-Softwareimplementierung, holen Nutzerfeedback ein, um technische Probleme zu identifizieren sowie die Bedürfnisse der Benutzer:innen zu verstehen, und vermitteln paralleles Programmieren mit MPI in Form von Trainingskursen.

„In einer Welt, die zunehmend auf groß angelegte Simulationen und komplexe KI-Modelle angewiesen ist, ist die parallele Programmierung unverzichtbar“, so Niethammer. „Seit mehr als 30 Jahren ist der MPI-Standard ein Eckpfeiler des parallelen Programmierens und gewinnt mit dem Aufkommen der künstlichen Intelligenz zunehmend an Bedeutung. Das MPI-Forum spielt eine Schlüsselrolle bei der fortlaufenden Entwicklung des MPI-Standards, und die nächste Version wird der Computer-Community in Wissenschaft und Industrie ermöglichen, den wachsenden Anforderungen moderner Anwendungen gerecht zu werden.“

Nach der erfolgreichen Veranstaltung in Stuttgart möchte das MPI-Forum im Juni 2025 in einem weiteren Treffen MPI 5.0 offiziell verabschieden und veröffentlichen. In der Zwischenzeit verbessert das MPI-Forum das Message Passing Interface bereits für künftige Updates.

— Christopher Williams