Bekanntmachung

24.02.2010 - 31.05.2010

Bekanntmachung

des Bundesministeriums für Bildung und Forschung von Richtlinien zur Förderung von Forschungsvorhaben auf dem Gebiet "HPC-Software für skalierbare Parallelrechner" im Rahmen des Förderprogramms "IKT 2020 - Forschung für Innovationen"

Vom 19. Januar 2010

1. Zuwendungszweck, Rechtsgrundlage

1.1 Zuwendungszweck

Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) gehören zu den bedeutendsten Innovationsfeldern der Hightech-Strategie für Deutschland. Sie sind im Rahmen des Forschungsprogramms IKT 2020 ein Schwerpunkt der Innovationspolitik der Bundesregierung. Im Vordergrund der Förderung stehen Technologieentwicklungen und Prozesse, die eine besondere volkswirtschaftliche Hebelwirkung entfalten, Technologieführerschaften erhalten und ausbauen sowie neue Dienstleistungen integrieren. Eine besondere Wirkung haben Technologien, die die Herausforderungen der Zukunft zum Nutzen der Menschen adressieren. Hoch- und Höchstleistungsrechnen wird diesen Anforderungen in mehrfacher Hinsicht gerecht:

  1. Modellierungsverfahren und Simulationsmethoden mit Höchstleistungsrechnern
    • entwickeln sich neben der Theoriebildung und dem Experiment zum entscheidenden Faktor für eine international wettbewerbsfähige Forschung in Wissenschaft und Wirtschaft. Sie werden insbesondere dort eingesetzt, wo reale Experimente nicht möglich, zu zeitaufwändig oder zu teuer sind; so sind zum Beispiel Klima- und Umweltmodelle die Grundlage der Erkenntnisse über den Klimawandel,
    • liefern durch virtuelle Planung sowie wesentlich genauere, modellgestützte Analysen anstelle von Experimenten einen entscheidenden Beitrag zur Ressourcenschonung durch geringeren Ressourcenverbrauch und nachhaltige ressourceneffiziente Optimierung von Prozessen.
  2. Die im Hoch- und Höchstleistungsrechnen erprobten Verfahren für hochparallele Computersysteme sind die Vorbilder für den Einsatz der heute bereits in Standard-PC verfügbaren Mehrkernprozessoren zur Parallelverarbeitung, der in naher Zukunft massiv zunehmen wird.

Für Wirtschaft, Technik und den Erhalt unserer Lebensgrundlagen ist die Nutzung des Hoch- und Höchstleistungsrechnens und seiner technischen Konzepte daher von strukturell entscheidender Bedeutung.
Der überwiegende Teil der Steigerung von Effizienz, Qualität und Zuverlässigkeit der mit Hoch- und Höchstleistungsrechnern erzielbaren Ergebnisse wird dabei nicht mehr durch die Weiterentwicklung der zu Grunde liegenden Hardware, sondern mit Hilfe intelligenter Software erreicht. Das Hauptaugenmerk muss also auf der Optimierung der Software liegen, damit das Potenzial der vorhandenen und sich weiter entwickelnden Hardware in der Anwendung ausgenutzt werden kann.

Mit den wachsenden rechentechnischen Anforderungen einerseits und der Entwicklung der Hardware andererseits müssen der Algorithmenentwurf, die programmtechnische Umsetzung sowie die gesamte Software-Infrastruktur unabdingbar Schritt halten mit der Leistungsfähigkeit der Rechnerplattformen. Die Entwicklung der Hardware wird in den nächsten Jahren - sowohl im Hochleistungsrechnen als auch im Massenmarkt - maßgeblich von zwei Trends geprägt werden:

  • Multicore-Architekturen, die heute bereits als Vier- und Acht-Kern-Chips zur Verfügung stehen, werden in wenigen Jahren mehr als hundert Kerne auf einem Chip zusammenfassen.
  • Heterogenere Systeme mit Graphikkarten (GPU), Cell-Prozessoren, Vektorerweiterungen oder FPGA werden verstärkt als eigenständige Recheneinheiten oder als Beschleunigerkarten eingesetzt werden.

Auf der Hardwareseite werden derzeit also die Voraussetzungen geschaffen, HPC-Anwendungen, insbesondere Simulationssysteme, nicht mehr nur auf Höchstleistungsrechnern einzusetzen, sondern auf den in naher Zukunft marktgängigen Computern für den Massenmarkt. Die Kombination aus Multikernprozessoren und hochparallelen Grafikprozessoren macht es möglich, Simulationen auf marktgängigen Computersystemen ablaufen zu lassen, für die bisher HPC-Systeme benötigt wurden.

Die heute verfügbare Software kann bereits die heute verfügbaren hochparallelen Computersysteme allenfalls in speziellen Nischen, in der breiten Anwendung jedoch sehr unzureichend nutzen. Für die Forschung auf der Softwareseite ergeben sich dadurch kurz-, mittel- und langfristig zu lösende Fragestellungen:

  • Erweiterung der derzeit vorherrschenden sequentiellen bzw. parallelen Programmiermethoden zu einer Verbindung aus parallelen und verteilten Programmiertechniken.
  • Beseitigung des zunehmenden Engpasses aufgrund begrenzter Memory-Bandbreite bei steigender Prozessorleistung. Daher wird in Zukunft ein gutes Datenmanagement ein essentieller Bestandteil der Software werden. Dies trifft in besonderem Maße auf heterogenere Systeme zu.
  • Entwicklung geeigneter betriebssystemnaher Softwarekonzepte, neuer Entwicklungsumgebungen für heterogene Systeme sowie eine engere Verzahnung der Simulation mit der Visualisierung.

Die Entwickler von Algorithmen und Modellen, von Simulationssoftware und auch von Betriebssystemen, Laufzeitumgebungen und Datenmanagementsystemen stehen damit vor ganz neuen Aufgaben. Um diese hochparallelen Systeme effizient zum Einsatz zu bringen, sind erweiterte und zum Teil auch vollständig neue Ansätze im Bereich der Software zu realisieren. Diese Ansätze sollen dann sowohl auf den skalierbaren Hoch- und Höchstleistungsrechnern großer Rechenzentren Anwendung finden als auch im handelsüblichen Computer mit Many-Core-Prozessoren.

Diese neue Anforderung an die Generizität der Software ist essentiell für den wirtschaftlichen und ökologischen Nutzen der Many-Core-Systeme. Für diese neue Komplexitätsklasse ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Experten aus dem entsprechenden Anwendungsgebiet, der Mathematik und der Informatik unabdingbar. Die Lösung dieser Fragen, einschließlich der Aufgabe der Beratung von Anwendern, kann nicht durch einzelne Rechenzentren oder einzelne kommerzielle Anbieter allein geleistet werden. Erwartet wird die Zusammenarbeit von HPC-Community und Anwendern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Die Vorhaben werden als Teile eines HPC-Software-Netzwerks innerhalb der bestehenden Gauß-Allianz der Hoch- und Höchstleistungsrechenzentren zur Zusammenarbeit verpflichtet, unter Wahrung der Interessen der beteiligten Partner aus der Wirtschaft.

1.2 Rechtsgrundlage

Vorhaben können nach Maßgabe dieser Richtlinien, der BMBF-Standardrichtlinien für Zuwendungen auf Ausgaben- bzw. Kostenbasis und der Verwaltungsvorschriften zu § 44 der Bundeshaushaltsordnung (BHO) durch Zuwendungen gefördert werden. Ein Rechtsanspruch auf Gewährung einer Zuwendung besteht nicht. Der Zuwendungsgeber entscheidet auf Grund seines pflichtgemäßen Ermessens im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel.

2. Gegenstand der Förderung

Das BMBF wird gemeinsame Verbundprojekte von Wissenschaft und Wirtschaft fördern, die gezielt die Herausforderungen der Software für Many-Core-Umgebungen und hochskalierbare Rechner adressieren.

Projekte sollen grundsätzlich Forschergruppen aus Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen als Partner einbinden und zusammenführen. Das Programm soll über die einzelnen Verbünde hinaus die Zusammenarbeit fördern und die vorhandenen Einzelkompetenzen effektiv im Sinne einer Strategie zusammenführen. Das daraus entstehende virtuelle HPC-Software-Netzwerk soll durch gemeinsame Ausbildungs- und Weiterbildungsaktivitäten mit der Gauß-Allianz die Verbreitung der innovativen Ansätze und Methoden nachhaltig fördern und voranbringen. Ziel ist ausdrücklich auch, innovative Konzepte aus dem HPC-Bereich für eine Umsetzung in hochparallele Systeme für den Massenmarkt nutzbar zu machen. Eine Verwertung in Form von Open Source-Software wird ausdrücklich bevorzugt.

Gefördert werden ausgewählte Projekte in den folgenden Themenfeldern:

1) Unter der Perspektive kurzfristigen Transfers

  • Anpassung und Weiterentwicklung von hochparallelen Software-Bibliotheken aus dem Bereich HPC bzw. Entwicklung neuer hochparalleler Bibliotheken mit dem Ziel ihrer breiten Portierbarkeit. Die Praxistauglichkeit der Bibliotheken ist nachzuweisen;

2) Als mittelfristig wirksame Werkzeuge

  • Entwicklung von Load-Balancer-, Hypervisor- und Virtualisierungswerkzeugen für hochparallele Architekturen;
  • Entwicklung von quelloffenen Compilern und Betriebssystemen für parallele Architekturen mit großer Nutzerbasis – vorzugsweise Linux – vorrangig mit Komponenten für
    1. Ressourcenmanagement,
    2. Scheduling und Threading sowie
    3. Umgang mit Software-Heterogenität in parallelen Systemen.

Ausdrücklich eingeschlossen ist für vorgenannte Werkzeuge die Entwicklung von IT-Sicherheitsmechanismen auf der Basis paralleler Systeme.

  • Entwicklung von betriebssystemnahen Systemmanagement und -steuerungslösungen zur verbesserten Skalierung eng gekoppelter, massiv-paralleler Anwendungen;
  • Portierung von industriellen technischen Anwendungen auf Many-Core Prozessoren und heterogene Knoten (zum Beispiel mit Acceleratoren);

3) Als langfristig wirksame Softwareentwicklungswerkzeuge und Programmierumgebungen

  1. Validierung und Optimierung von parallelen Softwarewerkzeugen
  2. Softwareentwicklungsumgebungen zur Realisierung paralleler Softwareentwicklung mit skalierbaren Programmierwerkzeugen - insbesondere zur Performance-Optimierung und automatischen Leistungsanalyse; Entwicklung innovativer paralleler Algorithmen und Methoden für hochparallele Systeme (mit homogenen und heterogenen Knotenarchitekturen) von den numerischen "Building Blocks" bis hin zu anwendungsnahen Verfahren;

4) Evaluierung von Implementierungsalternativen in der Anwendungsentwicklung mit der Bereitstellung der zugehörigen Programmierumgebungen (einschließlich hochskalierender Simulationssysteme mit Visualisierung);

5) Realisierung von Software-Lösungen zum effizienten Management und zum Erschließen von großen Datenmengen;

6) Zur Stärkung des Transfers von HPC-Anwendungen die Entwicklung bzw. Anpassung von Simulationssoftware aus HPC-Einsatzkontexten zur Nutzung in kommerziellen Many-Core-Architekturen in Verbindung mit einer Nutzung von hochparallelen GPU-Architekturen (downscaling), zum Beispiel für Anwendungen in Logistik, Business Intelligence, Multimedia oder Anderen.

Die Projekte sollen im Bereich der Algorithmen und Methoden prototypische Lösungen mit hinreichend stabilem Charakter für den effizienten Einsatz realisieren, für die Software-Werkzeuge wird eine Produktionsreife erwartet, die den notwendigen Qualitätsmaßstäben zum effektiven Einsatz auf den Zielsystemen gerecht wird.

3. Zuwendungsempfänger und -voraussetzungen

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen. Die Antragstellung durch KMU (Definition der Europäischen Kommission siehe: http://ec.europa.eu/enterprise/enterprise_policy/sme_definition/index_de.htm) wird ausdrücklich begrüßt. Dabei sind Verbundprojekte gleichberechtigter Partner ebenso möglich wie die Antragstellung durch einzelne Unternehmen, deren Projektpartner im Unterauftrag tätig sind.

4. Zuwendungsvoraussetzungen

Voraussetzung für die Förderung von Verbundprojekten ist, dass die Partner ihre Zusammenarbeit in einer Kooperationsvereinbarung regeln. Vor der Förderentscheidung über ein Verbundprojekt muss die grundsätzliche Übereinkunft der Kooperationspartner über bestimmte vom BMBF vorgegebene Kriterien nachgewiesen werden. Das Verwertungsinteresse der verschiedenen Partner muss klar erkennbar sein, und die Verwertungsmöglichkeiten müssen dargestellt werden. Einzelheiten können dem BMBF-Merkblatt 0110 entnommen werden.

Antragsteller sollen sich - auch im eigenen Interesse - im Umfeld des national beabsichtigten Vorhabens mit dem EU-Forschungsrahmenprogramm vertraut machen. Sie sollen prüfen, ob das beabsichtigte Vorhaben spezifische europäische Komponenten aufweist und damit eine EU-Förderung möglich ist. Weiterhin ist zu prüfen, inwieweit im Umfeld des national beabsichtigten Vorhabens ergänzend ein Förderantrag bei der EU gestellt werden kann. Das Ergebnis der Prüfungen soll im nationalen Förderantrag kurz dargestellt werden.

Die Förderung setzt die grundsätzliche Bereitschaft der Teilnehmer zur Zusammenarbeit mit anderen Vorhaben des Förderschwerpunktes und zu Öffentlichkeitsarbeit und Transfer voraus. Im Rahmen der Programmsteuerung ist die Durchführung von Statusseminaren vorgesehen. Projektteilnehmer sind verpflichtet, sich an Querschnittsmaßnahmen zu beteiligen.

Forschungseinrichtungen, die gemeinsam von Bund und Ländern grundfinanziert werden, kann nur unter bestimmten Voraussetzungen eine Projektförderung für Ihren zusätzlichen Aufwand bewilligt werden.

5. Art und Umfang, Höhe der Zuwendung

Die Zuwendungen können im Wege der Projektförderung als nicht rückzahlbare Zuschüsse gewährt werden. Bemessungsgrundlage für Zuwendungen an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten, die - je nach Anwendungsnähe des Vorhabens - bis zu 50 % anteilfinanziert werden können. Bei Kooperationen mit nicht geförderten Unternehmen wird von diesen Unternehmen die Bereitstellung signifikanter Eigenleistungen erwartet.

Bemessungsgrundlage für Zuwendungen an Hochschulen, Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen und vergleichbaren Institutionen sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Ausgaben, bei Helmholtz-Zentren und der Fraunhofer-Gesellschaft die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten.

Die Bemessung der jeweiligen Förderquote muss den Gemeinschaftsrahmen der EU-Kommission für staatliche FuE-Beihilfen berücksichtigen. Dieser Gemeinschaftsrahmen lässt für Verbundprojekte von Antragstellern aus den neuen Bundesländern und für KMU eine differenzierte Bonusregelung zu, die ggf. zu einer höheren Förderquote führen kann.

Es werden Vorhaben mit einer üblichen Laufzeit von drei Jahren gefördert, auf Wunsch der Antragsteller sind ggf. kürzere Laufzeiten (12-24 Monate) möglich.

6. Sonstige Zuwendungsbestimmungen

Bestandteil der Zuwendungsbescheide auf Kostenbasis werden grundsätzlich die Allgemeinen Nebenbestimmungen für Zuwendungen auf Kostenbasis des BMBF an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft für FuE-Vorhaben (NKBF 98).

Bestandteil der Zuwendungsbescheide auf Ausgabenbasis werden die Allgemeinen Nebenbestimmungen für Zuwendungen zur Projektförderung (ANBest-P) und die Besonderen Nebenbestimmungen für Zuwendungen des BMBF zur Projektförderung auf Ausgabenbasis (BNBest-BMBF 98).

7. Verfahren

7.1 Einschaltung eines Projektträgers

Mit der Abwicklung der Fördermaßnahme hat das BMBF seinen Projektträger
Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (PT im DLR)
- Softwaresysteme und Wissenstechnologien (AE 75) -
Dr. Torsten Aßelmeyer-Maluga
Rutherfordstr. 2
12489 Berlin
Tel.: 030 67055-725
E-Mail: torsten.asselmeyer-maluga@dlr.de

beauftragt.

7.2 Vorlage von Projektskizzen

Das Antragsverfahren ist zweistufig. Um den Aufwand gering zu halten, wird von den Projektteilnehmern zunächst nur eine gemeinsame Projektskizze des Koordinators mit konkretem Bezug zu dieser Bekanntmachung erwartet. Die Projektskizzen müssen bis spätestens 31. Mai 2010 beim zuständigen Projektträger vorliegen. Die Vorlagefrist gilt nicht als Ausschlussfrist, verspätet eingehende Projektskizzen können für diese Bekanntmachung aber möglicherweise nicht mehr berücksichtigt werden.

Die Skizzen müssen in deutscher Sprache über das Internet-Portal des PT-SW im online-Verfahren eingereicht werden. Die für eine Beteiligung benötigten Informationen sind auf der Webpage www.pt-it.de/ptoutline/hpc2 verfügbar.

Die Projektskizzen sollen in Kurzform (maximal 10 Seiten) folgende Punkte kurz darstellen:

  • Deckblatt mit Projektbezeichnung, Postanschrift, Telefon und E-mail des Einsenders sowie den Angaben zu Gesamtkosten, Zuwendungsbedarf und Laufzeit;
  • Ausgangsfrage und Ziele des geplanten Vorhabens;
  • Stand der Technik und Forschung, eigene Vorarbeiten, Berücksichtigung laufender Forschungsarbeiten national und international;
  • Beschreibung des eigenen Lösungsweges;
  • Arbeits- und Zeitgrobplanung mit Salden in Zeit- und Personenmonaten;
  • Kooperationspartner und Arbeitsteilung (für beteiligte Unternehmen bitte kurze Firmendarstellung, ggf. Konzernzugehörigkeit sowie Anzahl der Mitarbeiter aufführen).

Aus der Vorlage einer Projektskizze kann ein Rechtsanspruch auf Förderung nicht abgeleitet werden.

7.3 Antrags- und Entscheidungsverfahren

Die Projektskizzen werden nach Ablauf der Vorlagefrist vorgeprüft und danach von unabhängigen Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft unter Wahrung des Interessenschutzes und der Vertraulichkeit bewertet. Das Votum der Experten ist eine wesentliche Entscheidungsgrundlage für das BMBF. Bewertungskriterien sind u.a.:

  • Strategischer Beitrag zu dem unter Punkt 1.1 genannten Zuwendungszweck;
  • Innovation des methodischen Ansatzes der vorgeschlagenen Lösung für hochskalierbare Systeme unter den gegebenen technischen Randbedingungen;
  • Hebelwirkung der vorgeschlagenen Lösung für hochparallele Rechnerarchitekturen – bemessen an Breitenwirkung und Einsatzmöglichkeiten;
  • Notwendigkeit der Verfügbarkeit der vorgeschlagenen Software-Komponenten für übergreifende Aufgaben (Betrieb, Optimierung, Visualisierung, Datenmanagement);
  • Eigene Vorleistungen;
  • Beitrag zu generischen Dienstleistungen für die Gauß-Allianz; Zusammenarbeit im Kontext Ausbildung und Weiterbildung;
  • Nachhaltige Umsetzung der Ideen.

Die Einreicher der Projektskizzen werden vom Projektträger über das Ergebnis der Bewertung informiert.

Die Partner zu den ausgewählten Projektskizzen werden vom Projektträger in einer zweiten Verfahrensstufe aufgefordert, innerhalb von sechs Wochen einen förmlichen Förderantrag in deutscher Sprache vorzulegen, über den nach abschließender Prüfung entschieden wird. Zur Erstellung von förmlichen Förderanträgen wird die Nutzung des elektronischen Antragssystems "easy" (www.kp.dlr.de/profi/easy/index.html) dringend empfohlen. Die Formulare für förmliche Anträge sowie Richtlinien, Merkblätter und die Nebenbestimmungen können abgerufen werden unter http://www.kp.dlr.de/profi/easy/.

Für die Bewilligung, Auszahlung und Abrechnung der Zuwendung sowie den Nachweis und die Prüfung der Verwendung und die ggf. erforderliche Aufhebung des Zuwendungsbescheides und die Rückforderung der gewährten Zuwendung gelten die Verwaltungsvorschriften zu § 44 BHO sowie §§ 48 bis 49a Verwaltungsverfahrensgesetz (VwVfG), soweit nicht in diesen Förderrichtlinien Abweichungen zugelassen sind.

8. Inkrafttreten

Diese Förderrichtlinien treten am Tag nach der Veröffentlichung im Bundesanzeiger in Kraft.
Bonn, den 19. Januar 2010
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Im Auftrag

Dr. Landvogt