Neues Superhirn für die Simulation

„Hochleistungsrechnen und ausgefeilte Simulationsmethoden spielen heute eine entscheidende Rolle in der Spitzenforschung“, erklärte der Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka. „Wer international ganz vorne mit dabei sein will, braucht höchste Rechenleistung und Speicherkapazität. Mit ihrer Hilfe kommt die Wissenschaft in Fragen der Energie- und Mobilitäts- wie Umweltforschung schneller zu neuen Lösungen. Damit fügt sich der ForHLR perfekt in die Strategie des KIT ein.“

Beim neuen ForHLR II handelt es sich um ein Petaflop-System mit mehr als 1170 Knoten, über 24.000 Rechenkernen und 74 Terabyte Hauptspeicher. Ein Petaflop entspricht einer Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde. Damit ist der ForHLR II etwa zweieinhalb Mal leistungsstärker als der ForHLR I, der bereits seit September 2014 am KIT in Betrieb ist. Der ForHLR ist in einem ebenfalls von Bund und Land geförderten Rechnergebäude mit neuester Kühltechnologie für einen besonders energieeffizienten Betrieb untergebracht. So wird beispielsweise in der kalten Jahreszeit die Abwärme des Systems zur Heizung der Bürogebäude genutzt.

„Der Hochleistungsrechner passt hervorragend in die vorhandene Rechen-Infrastruktur des KIT und erleichtert den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern optimal den Wechsel zwischen den verschiedenen Systemen“, so Professor Bernhard Neumair, Geschäftsführender Direktor des Steinbuch Centre for Computing des KIT. „Große, vorhandene Datenbestände lassen sich nahtlos auf dem ForHLR und anderen High-Performance-Computing-Systemen oder auch im Smart Data Solution Center Baden-Württemberg analysieren  -  und schließlich am KIT visualisieren. Das Wissenschaftsnetz BelWü stellt zudem den schnellen Datentransfer von anderen Universitäten zum KIT und umgekehrt sicher.“

Der Hochleistungsrechner verteilt die Rechenarbeit auf viele Prozessorkerne (Parallelisierbarkeit). Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern können mit seiner Hilfe komplexe Forschungsfragen bearbeiten, besonders in den Bereichen Energie, Umwelt sowie Nano- und Materialwissenschaften. Mit verbesserten Simulationsmethoden lassen sich Modelle verschiedener physikalischer Systeme und unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Skalen miteinander koppeln. So können Forscher beispielsweise hochkomplexe Klimamodelle rechnen und somit unter anderem die globale Erwärmung, deren Rückkopplung auf regionale Klimaschwankungen, die vollständige Integration des lokalen Wasserkreislaufs von der Biosphäre bis in die Atmosphäre oder auch die Ausbreitung und detaillierte Auswirkung von Luftschadstoffen genau untersuchen.

Vor dem Hintergrund der Energiewende ist die Forschung zu umweltverträglicher Energieumwandlung, -speicherung und -verteilung von hoher gesellschaftlicher Bedeutung. Beispielsweise ist es für die Entwicklung schadstoff- und geräuscharmer Motoren und Turbinen wichtig, Strömungsphänomene zu simulieren. Untersucht werden auch chemische Verbrennungsprozesse und Materialschwingungen.

„Der Erfolg und die Effizienz neuer Technologien hängen ganz entscheidend von der Entwicklung und Herstellung neuer Materialien ab“, sagte Professor Peter Gumbsch, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien am KIT und Mitglied des Wissenschaftsrates, in seinem Festvortrag. „Mit dem neuen Hochleistungsrechner werden wir funktionale Werkstoffe und Nanostrukturen, Reibung, Verschleiß und Verformungsprozesse grundlegend erforschen und damit Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften entwickeln können.“

Trotz seiner Leistung arbeitet der Hochleistungsrechner energieeffizient: Eine Warmwasserkühlung sorgt für ganzjährig freie Kühlung des zentralen Systems. Damit kommt das System praktisch ohne energieintensive zusätzliche Kältemaschinen aus. Die Abwärme des Systems wird beispielsweise in den kalten Monaten zur Heizung von Bürogebäuden genutzt, was die Heizkosten senkt und die Umwelt entlastet. Für diejenigen Komponenten des Systems, die noch eine klassische Kaltluftkühlung benötigen, wird das derzeit aufgebaute Fernkältenetz am Campus Nord des KIT über Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Kälteleistung bereitstellen.