So schnell wie Hawk, der Falke, rechnet kaum jemand. Der Supercomputer ist das Herz des Höchstleistungsrechenzentrums. Seit dessen Gründung vor 25 Jahren wurde das Rechentempo vervielfacht. Das ermöglicht ganz neue Anwendungen.
Stuttgart - Der Campus der Uni Stuttgart in Vaihingen beherbergt mit dem Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) einen Jubilar der besonderen Art. Es wurde vor 25 Jahren als erstes Bundeshöchstleistungsrechenzentrum gegründet und hat eine steile Entwicklung genommen. Das gilt nicht nur fürs Rechentempo, sondern auch für das Aufgabenspektrum. „Die Rechenleistung ist um den Faktor 100 000 gestiegen“, sagt HLRS-Chef Michael Resch. Als Vergleich nennt er den ersten Supercomputer, den der damalige Ministerpräsident Lothar Späth (CDU) im Jahr 1986 für 60 Millionen Mark gekauft habe – „den tragen wir heut in der Hosentasche, das ist unser Handy“.
Der aktuelle Superrechner heißt Hawk, der Falke, seine Rechenschränke belegen 42 Quadratmeter. Er zieht drei Megawatt Energie pro Stunde und kann zum Beispiel berechnen, wie ein neues Hüftgelenk optimal beschaffen sein muss und wo beim Bewegungsablauf die höchsten Belastungen entstehen. Oder wie groß bei Patienten mit einer Aussackung der Bauchschlagader die Gefahr ist, dass diese platzt. Doch nicht nur Wissenschaftler, auch die Industrie nutzt die Rechenleistung des Falken – wie auch seiner Vorgänger –, wenn auch zu einem viel geringeren Teil als am Anfang. So habe Daimler zunächst fast ein Drittel der Maschinen belegt, auch Porsche habe sie für Simulationen und zur Verkürzung von Entwicklungszeiten genutzt.
Inzwischen sei der Industrieanteil nur noch knapp fünf Prozent, sagt Resch. Rund 65 Firmen seien es, davon neben Hauptnutzer Porsche auch knapp 40 Mittelständler. Allerdings: „Wir stellen die Maschinen zur Verfügung, die Firmen rechnen selber“, so Resch. Mit der aktuellen Auslastung des Rechners von 80 bis 90 Prozent sei man zufrieden, das sei auch verzögerten Lieferketten geschuldet. „Binnen 24 Stunden kriegen wir keine Bauteile.“ Von den 5500 Knoten im Hawk falle schon mal einer aus. Aber das HLRS fungiert nicht nur als Serviceeinrichtung für Grundlagenforscher und Industrie, sondern betreibt auch eigene Forschung. „Uns interessieren die globalen Systeme“, sagt Resch. Klima, Feinstaub, Pandemie. Und wie der Zufall es wollte: In der zweiten Woche der Coronapandemie habe er nachts einen Anruf vom Bundesinstitut für Bevölkerungsforschung erhalten. „Die haben gesagt, wir brauchen Hilfe für Vorhersagemodelle.“ Also habe er gleich ein Team zusammengestellt. „Im Herbst konnten wir eine vollautomatische Prognose über die Auslastung der Intensivkapazitäten der Krankenhäuser machen.“ Resch betrachtete dies auch als Auftrag für die Zukunft: Serviceeinrichtung für Ämter zu sein. „Das Amt hat die Expertise, versteht aber nicht, wie man ein HLRS benutzt.“ Ironie der Geschichte: Noch ein Jahr vor der Pandemie habe die EU die Förderung der Pandemieforschung abgelehnt, berichtet Resch. „Wir haben’s dann selber gemacht – aus eigenen Mitteln.“
In Sachen Klima kooperiere man mit der Uni Hohenheim, die Modelle zur regionalen Klimaprognose entwickle. Im Fokus stehe auch die tagesaktuelle Feinstaubverteilung in Stuttgart und die Schadstoff- und Temperaturentwicklung im Kessel. Ziel sei, „dass wir die ganze Stadt reinkriegen und einzelne Straßenzüge dreidimensional darstellen“, so Resch. „In fünf Jahren wird man so weit sein, dass man auch das Neckartor untersuchen kann.“ In Herrenberg sei man bereits an einem vom Land geförderten Reallabor beteiligt, auf dessen digitaler Basis Verkehrsplanung und Städtebau neu konzipiert werden könnten, auch durch Input von der Bevölkerung mittels einer App. „Wir diskutieren gerade, ob das auch für die Region Stuttgart möglich wäre.“ Da sei man mit der Wirtschaftsförderung Region Stuttgart im Gespräch, so Resch.
Für Hawk, der seit knapp zwei Jahren in Betrieb ist, tüftelt man längst an zwei Nachfolgern: an Hunter, dem Jäger, und an Herder, dem Viehzüchter. Die neuen Systeme sollen von 2024 bis 2026/27 aufgebaut werden, einen Neubau neben dem HLRS bekommen samt einer Infrastruktur, die ihren noch höheren Energiebedarf deckt. Im Blick auf die bis 2032 angepeilte CO2-Neutralität des HLRS ein sportliches Ziel. An einem Gesamtkonzept zur Optimierung der Abwärmeenergienutzung werde getüftelt. Dafür werde die Rechenleistung zehn- bis 40-mal schneller. Vielleicht, meint Resch, gelinge es dann, mittels Simulation die Interaktionen eines menschlichen Organs auf Zellebene zu verstehen, etwa das Krebswachstum. Auch den Start sowie Landeanflug eines Flugzeuges werde man dann voll durchsimulieren können, samt Möglichkeiten der Lärmreduktion.
Allerdings räumt Resch ein: „Die Maschine produziert so viele Daten, dass es immer schwerer wird, diese Daten zu analysieren.“ Deshalb werde zunehmend KI eingesetzt, um die Daten besser zu verstehen und Muster zu entdecken. KI helfe zudem, etwa das bei Promotionen erworbene Wissen von Mitarbeitern zu speichern, zu bewerten und so für weitere Forschungen besser nutzbar zu machen. Aber, so betont Resch, den menschlichen Faktor könne KI nicht ersetzen: Intuition und Neugier.
Werden schon bald Quantencomputer die klassischen Supercomputer ablösen? Sind sie Konkurrenz oder Ergänzung? „Diese Frage wird uns die nächsten fünf Jahre beschäftigen“, sagt Resch. „Wir müssen 2026 wissen, was wir 2030 beschaffen müssen.“ Erfahrungswerte sammeln können die HLRS-Forscher beim erst im Juni gestarteten stärksten Quantencomputer Europas – bei IBM in Ehningen. Dort untersuchen sie in einem Projekt hybride Anwendungsszenarien.
25 Jahre Höchstleistungsrechenzentrum
Entwicklung
1996 wurde das HLRS als erstes Bundeshöchstleistungsrechenzentrum Deutschlands gegründet. Es gehört zur Uni Stuttgart. Man habe mit 20 Mitarbeitern angefangen, „jetzt sind wir 150“, sagt HLRS-Chef Michael Resch. Die eingeworbenen Projektmittel für eigene Forschungen konnten von 400 000 Euro auf sechs Millionen Euro gesteigert werden.
Position
Mittlerweile gibt es drei Bundeszentren, neben Stuttgart auch Jülich und München – mit jeweils unterschiedlichen Schwerpunkten. 2007 habe man sich zum Gauss Centre for Supercomputing zusammengeschlossen. Das sei auch für die Verhandlungen mit Bund und Ländern für die mittelfristige Planung vorteilhaft. International liege Deutschland hinter den USA und China, bei der zivilen Nutzung stuft Resch Deutschland derzeit auf Platz drei bis vier ein – mit der neuen Rechnergeneration in wenigen Jahren wieder weltweit auf Top eins. ja
