[heise] heise online: Der Wettlauf zum Petaflop

Tue Apr 17 13:30:40 UTC 2007

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17.04.2007 08:07

Der Wettlauf zum Petaflop

Quelle: FZ Jülich

		 Mit Milliarden Rechenschritten pro Sekunde spucken
Supercomputer bunte Karten zum Klimawandel und zur Entstehung von
Hurrikanen aus. Genforscher simulieren mit geballter Rechenkraft
Proteinstrukturen, Materialwissenschaftler neue Werkstoffe für die
Nanoelektronik. "In silico" avanciert neben "in vitro" und "in vivo" zu
einer zentralen wissenschaftlichen Methode, die klassische Prototypen
und Reagenzglasversuche zunehmend ergänzt. Die Industrienationen setzen
zu einem Wettrennen um die schnellsten Rechner der Welt an. Und nach
einer anfangs guten Position drohen Europa und Deutschland hinterher zu
hinken.

Mit der PACE-Initiative, die heute in Berlin vorgestellt wird, könnte
Europa auf eine Pole-Position vorpreschen. In 15 EU-Staaten soll mit
dem "Partnership for Advanced Computing in Europe" ein ganzes Netzwerk
von Supercomputern für Forscher aus Universitäten und Wirtschaft
entstehen. Vier Spitzenrechner der Petaflop-Klasse, von denen jeder
einzelne rund eine Billiarde Rechenschritte pro Sekunde leisten sollen,
sind an den Standorten Frankreich, Spanien, Großbritannien und
Deutschland geplant. Mittelgroße Computer sollen auf nationaler Ebene
weniger rechenintensive Arbeiten übernehmen. Und lokal könnte ein
ganzer Schwarm aus kleinen Supercomputern Forschern einen raschen
Zugriff für ihre Probleme sichern. "Sonst werden wir abgehängt", sagt
Achim Bachem, Vorstandsvorsitzender des Forschungszentrums Jülich und
Mitinitiator von PACE. Denn die USA werden wahrscheinlich 2008 die
Petaflop-Hürde nehmen und Japan plant bis 2012 sogar eine
10-Petaflop-Maschine.

Auf etwa 500 Mio € schätzt der europäische Expertenrat für
wissenschaftliche Infrastruktur ESFRI (European Strategy Forum for
Research Infrastructures) allein die Investitionskosten in den
kommenden Jahren. Weitere 100 bis 200 Mio € jährlich sollen den Betrieb
der Hochleistungsrechner sicher stellen. Ob PACE die europäischen
Gutachter überzeugen wird, entscheidet sich in den kommenden Monaten.
Achim Bachem glaubt fest an den Zuschlag aus Brüssel. "Es wird keinen
anderen Bewerber mit dieser Qualität geben." Da alle führenden
europäischen Rechenzentren - vom Gauss-Verbund in Deutschland bis zum
größten Europa-Rechner MareNostrum in Barcelona - an PACE beteiligt
sind, scheint die Entscheidung der Europäischen Kommission eine reine
Formsache.

Gut 80 Mio € fließen dann aus Brüsseler Töpfen in die Vorbereitung und
die erste Ausbauphase des ambitionierten Rechnernetzwerks. Die
restlichen etwa 400 Mio € werden vor allem aus den vier dominierenden
Staaten (UK, D, F, ES) kommen müssen. Da Deutschland die
Konsortialführerschaft von Pace inne haben könnte, wird der Anteil von
Bund und Ländern wohl kaum unter 125 Mio € liegen. "Dafür werden die
vier zentralen Länder auch mehr Stimmrecht bei der Nutzung der Computer
haben", sagt Bachem. Wie genau die Zusammenarbeit und das
Zuteilungsverfahren laufen soll, muss noch im Detail geklärt werden.
"Das dauert ein bisschen", weiß Bachem.

Der Bedarf an den Spitzenrechnern ist auf alle Fälle gegeben. "Wir
rechnen mit einer Überbuchung um den Faktor 2 bis 2,5", so Bachem. Nur
die besten Anträge sollen durch ein internationales Expertenteam Zugang
zu den Supercomputern erhalten. Für die Organisationsstruktur können
andere europäische Projekt wie das Forschungszentrum Cern oder das
Fusionsprojekt Iter als Vorbild dienen. Im Unterschied zu den
amerikanischen Spitzenmaschinen am Lawrence Livermore National
Laboratory oder an den Sandia Labs werden die europäischen Rechner
offen für jede Art der Forschung sein. Dass hier wie in den USA
rüstungsrelevante Probleme berechnet werden, ist eher unwahrscheinlich.

Die PACE-Initatoren rechnen mit Anfragen aus allen
naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen. Denn schätzten
bisher Klimaforscher und Astrophysiker die geballte Rechenleistung,
wollen nun zunehmend Ingenieure ihre Motoren, Kraftwerke und Werkstoffe
komplett simulieren. "Beispielsweise im Motorenbau können wir damit
völlig neue Wege gehen", sagt Michael Resch, Leiter des
Hochleistungsrechenzentrums HLRS an der Universität Stuttgart.
Simulierte Einspritz- und Brennprozesse sollen die Effizienz erhöhen
und den Schadstoffausstoß der Maschinen verringern. Und im Fahrzeug-
und Flugzeugbau sollen Simulationen zu einer optimalen Aerodynamik
führen. Zudem können mit Petafloprechnern erstmals nicht nur einzelne
Prozesse, sondern ganze Kraftwerke simuliert und an die Grenzen ihrer
Effizienz getrieben werden.

Gerade für die exportorientierte deutsche Industrie ist das von
zentraler Bedeutung. "Der Maschinenbau wird ohne solche
Computersimulationen mittelfristig nicht konkurrenzfähig auf dem
Weltmarkt sein", ist Resch überzeugt. Nur über die Superrechner könne
der Vorsprung in exzellenter Technik gehalten werden. Parallel gilt es,
neue Werkstoffe zu entwickeln. "Materialwissenschaftler wollen auf die
atomare Ebene gehen", weiß Resch. Derzeit simulieren sie den Aufbau von
neuen Materialien noch mit einer bescheidenen Auflösung. "Heute stehen
sie da mit einer Auflösung von 100 auf 100 auf 100 Atomen vor einer
Wand", so Resch. Doch die geplanten Rechner können mit einer
vieltausendfachen Genauigkeit den Weg zu neuen leichten und ultrafesten
Materialien weisen.

Doch Supercomputer sind keine PCs. Sie müssen fachgerecht mit Problemen
gefüttert werden. Resch zieht dazu gerne den Vergleich mit einem
Formel-1-Boliden heran. "Ein ungeübter Nutzer bleibt immer im ersten
Gang." Parallel zum Ausbau der Rechenkapazität wird PACE die Ausbildung
gezielt unterstützen. "Fachleute aus der jeweiligen Community werden
mit Informatikern, die den Rechner gut kennen, zusammenarbeiten", sagt
Bachem.

Bevor die europäischen Forscher mit den Supercomputern neue
Erkenntnisse gewinnen und Produkte entwickeln, profitieren die
amerikanischen und japanischen Hersteller wie IBM, NEC, Cray oder SGI
Silicon Graphics von der steigenden Nachfrage. Europa spielt abgesehen
von einigen Chips aus dem AMD-Werk in Dresden bei der Hardware kaum
eine Rolle. Aber Pace könnte bei der Bedienung und der
Softwaretechnologie für die Rechnerboliden marktrelevantes Wissen
erzeugen. "Es geht nicht nur um den Chip, sondern um die Software und
alles was daran hängt. Die Wertschöpfungkette ist sehr viel länger",
sagt Bachem. Denn der heutige Supercomputer werde schon morgen auf dem
Schreibtisch stehen. Und hier hat Europa die Chance, von den
Softwareschmieden in Fernost oder aus dem Silicon Valley unabhängiger
zu werden.
 (nbo-tr[1]/Technology Review)

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