Verlässliches Rechnen

Die in Rechnern zum Einsatz kommenden Gleitkommazahlen nach IEEE 754 Standard repräsentieren nur eine endliche Teilmenge der reellen Zahlen. Arithmetische Operationen und Standardfunktionen stellen somit nur eine Approximation des reellen Ergebnisses dar und werden durch formatbedingte Rechenfehler wie etwa Rundung oder Auslöschung beeinflusst. Vor allem für iterative Verfahren können somit nur schwer Aussagen über die Korrektheit des Ergebnisses getroffen werden und auch einige schwerwiegende Softwarefehler gehen auf diese Rechenfehler zurück.

Verifizierte Methoden und mathematische Verfahren sind ein Forschungsschwerpunkt unserer Arbeitsgruppe um diese Fehlerquellen bei der Berechnung zu beseitigen bzw. in das Verfahren mit einzubeziehen. Unser Hauptaugenmerk liegt hier bei der Intervallrechnung welche als Ergebnis immer verlässliche untere und obere Schranken liefert welche das tatsächliche Ergebnis einschließen. Wir arbeiten auch aktiv in der IEEE Standardisierungsgruppe P1788 zur Standardisierung der Intervallarithmetik mit.

Weiter forschen wir auch im Bereich der verlässlichen Verfahren für Gleitkommazahlen.

Programmierparadigmen für wissenschaftliches Rechnen

Die für das wissenschaftliche Rechnen notwendigen Kriterien wie Ausdrucksstärke, Verlässlichkeit, Hardware-Nähe sowie Effizienz werden im Entwurf von Programmiersprachen sowie den zugehörigen Laufzeitbibliotheken oft bewusst nicht berücksichtigt. Diesbezüglich untersucht die Arbeitsgruppe verschiedene Sprachkonzepte und Programmierparadigmen auf ihre Nutzung im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens.

Rechnerarithmetik für parallele Architekturen

Der aktuell stattfindende Wandel vom klassischen Einkernprozessor zum mittlerweile üblichen Mehrkernprozessor hat auch Einfluss auf die in der Rechnerarithmetik verwendeten Verfahren. Um auch zukünftig die volle Leistungsfähigkeit der zur Verfügung stehenden Hardware ausnutzen zu können ist es notwendig bestehende Verfahren an parallele Architekturen anzupassen bzw. für viele Problemstellungen neu zu entwickeln. Vor allem im Hinblick auf verlässliches Rechnen ist ein einfaches Parallelisieren der bestehenden Verfahren meist nicht möglich und es müssen neue verifizierte Algorithmen für ein paralleles Rechenmodell entworfen werden.

Publikationen

to appear

Expression Templates and OpenCL.
In: Proceedings of Parallel Processing and Applied Mathematics (PPAM 2011). Torun, Poland, to appear.
Uwe Bawidamann und Marco Nehmeier.
[Kurzfassung]  [BibTeX] 
Generative Programming for Automatic Differentiation.
In: Proceedings of the 6th International Conference on Automatic Differentiation (AD 2012). Fort Collins, CO, USA, to appear.
Marco Nehmeier.
[Kurzfassung]  [BibTeX] 

2012

Interval arithmetic using expression templates, template meta programming and the upcoming C++ standard.
Computing, 94:215-228, 2012. 10.1007/s00607-011-0176-6
Marco Nehmeier.
[doi]  [Kurzfassung]  [BibTeX] 
Parallel Detection of Interval Overlapping.
In: K. Jónasson (Herausgeber): Applied Parallel and Scientific Computing, Seiten 127-136. Springer Berlin / Heidelberg, 2012. 10.1007/978-3-642-28145-7_13
Marco Nehmeier, Stefan Siegel und Jürgen Wolff von Gudenberg.
[doi]  [Kurzfassung]  [BibTeX] 
Specification of hardware for interval arithmetic.
Computing, 94:243-255, 2012. 10.1007/s00607-012-0185-0
Marco Nehmeier, Stefan Siegel und Jürgen Wolff von Gudenberg.
[doi]  [Kurzfassung]  [BibTeX] 
A long accumulator like a carry-save adder.
Computing, 94:203-213, 2012. 10.1007/s00607-011-0164-x
Stefan Siegel und Jürgen Wolff von Gudenberg.
[doi]  [Kurzfassung]  [BibTeX] 

2011

filib++, Expression Templates and the Coming Interval Standard.
Reliable Computing, 15(4):312-320, 2011.
Marco Nehmeier und Jürgen Wolff von Gudenberg.
[doi]  [Kurzfassung]  [BibTeX] 
Interval Comparisons and Lattice Operations based on the Interval Overlapping Relation .
In: Proceedings of the World Conference on Soft Computing 2011 (WConSC'11). San Francisco, CA, USA, 2011.
Marco Nehmeier und Jürgen Wolff von Gudenberg.
[doi]  [Kurzfassung]  [BibTeX] 
Solving Decidability Problems with Interval Arithmetic.
Reliable Computing, 15(3):279-289, 2011.
German Tischler und Jürgen Wolff von Gudenberg.
[doi]  [BibTeX]