Höchstleistungsrechner stärken den Forschungsstandort Deutschland

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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. Es bringt uns in der Beantwortung der drängenden Fragen des 21. Jahrhunderts voran. Das Höchstleistungsrechnen trägt dazu bei, Deutschlands Spitzenstellung in den Schlüsseltechnologien auszubauen und Deutschland zum Vorreiter bei der Lösung der globalen Herausforderungen zu machen - in den Bereichen Klima/Energie, Gesundheit/Ernährung, Mobilität, Sicherheit und Kommunikation. Es ist damit ein unverzichtbarer Baustein der Hightech-Strategie dieser Bundesregierung. Erfolge im Höchstleistungsrechnen stärken die Wettbewerbsfähigkeit des Innovationsstandorts Deutschlands.

Das BMBF stärkt das Höchstleistungsrechnen als Basis für wissenschaftliche Exzellenz in Deutschland und Wertschöpfungspotenziale der Wirtschaft durch den Ausbau der Höchstleistungsrechenkapazitäten.

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 BMBF 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 BMBF immer auch darauf gelegt, dass sich alle Entwicklungen im Bereich des Höchstleistungsrechnens an den Bedürfnissen seiner Anwender orientieren.

Wir setzen außerdem darauf, die Herausforderungen des Höchstleistungsrechnens auch gemeinsam im Verbund mit europäischen Partnern anzugehen: im Rahmen des europäischen Supercomputer-Netzwerks "Partnership for Advanced Computing in Europe" (PRACE).

Höchstleistungen im nationalen Verbund

Deutschland ist im internationalen Vergleich mit seiner Infrastruktur für wissenschaftlich-technisches Rechnen im Höchstleistungsbereich hervorragend aufgestellt. In der sich laufend und immer schneller verändernden Welt der leistungsfähigsten Supercomputer konnten Forschungszentren in Deutschland wiederholt Spitzentechnik vorweisen.
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 BMBF zusammen mit den Wissenschaftsministern von Baden-Württemberg, Bayern und Nordrhein-Westfalen zu einem Zusammenschluss der drei Standorte für Höchstleistungsrechnen in Deutschland - Jülich, München/Garching und Stuttgart - 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.

Dieser Ausbau schreitet konsequent voran. Seit 2012 sind in allen drei GCS-Zentren Supercomputer installiert, deren Spitzenleistung die 1 Petaflop-Marke deutlich überschreitet. Eine Petaflop entspricht einer Billiarde Gleitkomma-Operationen pro Sekunde. Bildlich gesprochen arbeiten drei Fußballstadien voll fleißiger Menschen mit vernetzten Laptops auf den Knien alle gleichzeitig an ein und demselben Problem, um eine Rechenleistung von einem Petaflop zu erzielen. Deutschen Forschern stehen mit den drei Supercomputern HERMIT in Stuttgart (1,03 Petaflop), dem SuperMUC in München (mehr als 3 Petaflop) und JUQUEEN in Jülich (5,03 Petaflop) somit 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

Die Beteiligten an der Unterzeichnung des PRACE-MOU 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 voran getrieben. Zusammen mit Vertretern aus 11 europäischen Ländern und der EU-Kommission entstand auf Betreiben Deutschlands eine gemeinsame Initiative für die Bündelung der europäischen Kompetenzen auf dem Gebiet des 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 Mio. € für das europäische Supercomputing-Netzwerk PRACE zur Verfügung.

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