Markus Breig / KIT
Ohne Hochleistungsrechner und ausgefeilte Simulationsmethoden ist das Forschen nach dem Unbekannten oftmals ein mühsames Vorhaben. Deshalb spielen beide heute „eine entscheidende Rolle in der Spitzenforschung“, weiß der Präsident am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Professor Holger Hanselka, und mahnt: „Wer international ganz vorne mit dabei sein will, braucht höchste Rechenleistung und Speicherkapazität“. Erst mit ihrer Hilfe kommt die Wissenschaft in Fragen der Energie- und Mobilitäts- wie Umweltforschung schneller zu neuen Lösungen. Vor diesem Hintergrund wurde soeben am KIT der Forschungshochleistungsrechner ForHLR in Betrieb genommen.
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. Für Professor Bernhard Neumair, Geschäftsführender Direktor des Steinbuch Centre for Computing des KIT passt der ForHLR damit der „Hochleistungsrechner hervorragend in die vorhandene Rechen-Infrastruktur des KIT und erleichtert den WissenschaftlerInnen optimal den Wechsel zwischen den verschiedenen Systemen“. Mit seiner Hilfe lassen sich komplexe Forschungsfragen bearbeiten, besonders in den Bereichen Energie, Umwelt sowie Nano- und Materialwissenschaften.
Spitzenforschung benötigt energieeffiziente Hochleistungsrechner
Weil die Wissenschaft heute mit stark wachsenden Datenmengen umgehen muss, gleichzeitig aber die Anforderungen an die optische Darstellung der Mess- und Simulationsergebnisse steigen, sind in das Rechnersystem auch spezielle Visualisierungsrechner integriert. Angeschlossen an das neue Visualisierungslabor lassen sich die Simulationsergebnisse in 3D-Technologie mit einer Projektion von 6,7 mal 2,3 Metern begutachten. Die Auflösung beträgt mehr als 13 Megapixel und kann auf dem Screen im 2D und 3D-Cinerama-Modus abgespielt werden.
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.
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.