Navigationsbereich


Forschung
Supercomputer JUQUEEN am Forschungszentrum Jülich

Höchstleistungsrechnen stärkt den Forschungsstandort Deutschland

Simulationen sind die dritte Säule der Wissenschaft neben Theorie und Experiment. Höchstleistungsrechnen ist Grundlage für Innovationen in Schlüsselbereichen der Wirtschaft. Deutschland baut seine Spitzenposition im Höchstleistungsrechnen weiter aus.

Supercomputer JUQUEEN/JSCSchafft mehr als fünf Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde: Der Supercomputer JUQUEEN am Forschungszentrum Jülich ist der schnellste Rechner Europas. (Bild: JSC)

Höchstleistungsrechnen hat die Art des Forschens und auch die Entwicklung von marktfähigen Innovationen revolutioniert. Die Simulation hat sich neben der Theoriebildung und dem Experiment längst als dritte Säule der Wissenschaft etabliert. Das Höchstleistungsrechnen ist mitentscheidend für den Erfolg unserer Wissenschaftslandschaft und vieler Bereiche unserer Industrie.

Das Höchstleistungsrechnen trägt dazu bei, Deutschlands Spitzenstellung in den Schlüsseltechnologien auszubauen und Deutschland zum Vorreiter bei der Lösung der globalen Herausforderungen zu machen wie zum Beispiel dem Klimawandel und der Energiewende oder auch Mobilität, Sicherheit und Kommunikation. Es ist damit ein unverzichtbarer Baustein der Hightech-Strategie der Bundesregierung. Das Bundesforschungsministerium stärkt daher das Höchstleistungsrechnen als Basis für wissenschaftliche Exzellenz in Deutschland und Wertschöpfungspotenziale der Wirtschaft durch den Ausbau der Höchstleistungsrechenkapazitäten.

Verbesserung der Software

Der SuperMUC am Rechenzentrum in München.

Ein Großteil der Leistungssteigerungen im Höchstleistungsrechnen wird heute jedoch nicht mehr durch die Weiterentwicklung der Hardware, sondern vor allem durch intelligente Software erreicht. Neue Ansätze für die Entwicklung von Algorithmen und Modellen, von Simulationssoftware und auch von Betriebssystemen, Laufzeitumgebungen und Datenmanagementsystemen stehen vor ganz neuen Aufgaben. Um diese Herausforderungen anzugehen, fördert das Bundesforschungsministerium gezielt Vorhaben, die die Weiterentwicklung des Höchstleistungsrechnens softwareseitig voranbringen.

Erfolge im Höchstleistungsrechnen werden jedoch nicht durch die Rechner oder die Software selbst erzielt, sondern durch deren Anwender: die Wissenschaftler der verschiedensten Disziplinen, die das Höchstleistungsrechnen als eine Methode zum Erkenntnisgewinn in ihrem eigenen Forschungsfeld nutzen, zum Beispiel der Physik, den Lebenswissenschaften oder den Ingenieurswissenschaften. Augenmerk wird daher seitens des Bundesministeriums immer auch darauf gelegt, dass sich alle Entwicklungen im Bereich des Höchstleistungsrechnens an den Bedürfnissen seiner Anwender orientieren.

Höchstleistungen im nationalen Verbund

Supercomputer HORNET/HLRSSupercomputer HORNET am Höchstleistungsrechenzentrum in Stuttgart.

Die drei leistungsfähigsten Supercomputer Deutschlands sind unter dem Dach des Gauss Centre for Supercomputing (GCS) vereint, das 2007 gegründet wurde. Ihm gehören das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS), das Leibnitz Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Garching bei München (LRZ) und das Jülich Supercomputing Centre (JSC) mit ihren Supercomputern an. Grundlage für diese Allianz ist eine Initiative des Bundesforschungsministeriums zusammen mit den Wissenschaftsministern von Baden-Württemberg, Bayern und Nordrhein-Westfalen zu einem Zusammenschluss der drei Standorte zu einem Verbund. Der Bund auf der einen und die drei Länder auf der anderen Seite finanzieren jeweils zur Hälfte den schrittweisen Ausbau der deutschen Höchstleistungsrechenkapazität in diesem Verbund bis 2017 mit insgesamt bis zu 400 Millionen Euro. Deutschland ist im internationalen Vergleich mit dieser Infrastruktur hervorragend aufgestellt.

Mehr als drei Petaflops

WUSSTEN SIE...?                                                                                                                      Stellen Sie sich drei Fußballstadien mit fleißigen Menschen an ihren miteinander vernetzten Laptops vor, die gleichzeitig am selben Problem arbeiten. Die Rechenleistung, die dabei erreicht wird, entspricht einem Petaflop, also einer Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde. Die Supercomputer des GCS sind so leistungsstark, dass jeder dieser Computer sogar eine Spitzenleistung von mehr als drei Petaflops erreicht.

Deutschen Forschern stehen mit den drei Supercomputern HORNET in Stuttgart (3,8 Petaflop), dem SuperMUC in München (3,2 Petaflop) und JUQUEEN in Jülich (5,03 Petaflop) eine noch nie dagewesene Rechenkapazitäten zur Verfügung, die jeweils recht spezifisch auf unterschiedliche Anwendungsschwerpunkte abgestimmt sind. Damit verfügt Deutschland über eine europaweit einzigartige Systeminfrastruktur der höchsten Leistungsklasse. An weiteren Ausbaustufen wird in den Höchstleistungsrechenzentren des GCS-Verbundes bereits gearbeitet.

Parallel zum Ausbau der Supercomputerkapazitäten werden die Nutzer dieser neuartigen Rechner durch ein spezielles Servicekonzept des Gauss Centre for Supercomputing begleitet: Die Wissenschaftler der verschiedenster Disziplinen, zum Beispiel der Klimaforschung, den Neurowissenschaften, der computergestützten Biologie, der Physik oder den Ingenieurswissenschaften, werden durch Schulungen, Workshops und eine intensive Betreuung bei der Implementierung und Optimierung ihrer Software für die Anwendung auf den Supercomputern unterstützt.

Europäisches Computer-Netzwerk PRACE

Für die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Wissenschaft in Deutschland kommt es zunehmend auf eine strategische Allianz der unterschiedlich ausgeprägten Höchstleistungsrechner an. Die auf deutscher Seite begonnene Vernetzung wird auch auf EU-Ebene vorangetrieben. Zusammen mit Vertretern aus 11 europäischen Ländern und der EU-Kommission entstand eine gemeinsame Initiative für die Bündelung der europäischen Kompetenzen im Höchstleistungsrechnens. Basierend auf einem Memorandum of Understanding wurde das europäische Supercomputing-Netzwerk "Partnership for Advanced Computing in Europe" (PRACE) Ende 2011 offiziell gegründet. Heute zählt es bereits Mitglieder aus 25 Ländern. Dieses Netzwerk ermöglicht Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Europa einen optimalen Zugang zum Höchstleistungsrechnen auf Supercomputern in Deutschland, Frankreich, Spanien und Italien. Deutschland stellt über das Gauss Centre for Supercomputing Höchstleistungsrechenressourcen im Wert von rund 100 Millionen Euro für das europäische Supercomputing-Netzwerk PRACE zur Verfügung.

Zusatzinformationen

English version of this page
(URL: http://www.bmbf.de/en/298.php)

 

© 2015 Bundesministerium für Bildung und Forschung