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Alles super: Leistung, Kosten, Abwärme

Höchstleistungsrechner werden immer mehr zur strategischen Waffe in der Wissenschaft. Soeben ging in Jülich der zweitstärkste Rechner Europas in Betrieb. Welche Bedeutung das hat, erläutert Prof. Thomas Lippert.

bild der wissenschaft: Seit Kurzem hat das Forschungszentrum Jülich den zweitstärksten Rechner Europas. Erfüllt Sie das mit Stolz, Herr Prof. Lippert?

LIPPERT: Schon – insbesondere da der Jülicher Blue Gene/L von IBM, abgekürzt JUBL, mit seinen 46 Billionen Gleitkomma-Operationen pro Sekunde – kurz Teraflops – sogar der leistungsstärkste Computer Europas für rein wissenschaftliche Anwendungen ist.

bdw: Auch wenn Jülich in Europa top ist: Gegen die Rechnerleistung in den USA kommen Sie nicht an. Der IBM Blue Gene/L am kalifornischen Lawrence Livermore National Laboratory schafft 280 Teraflops.

LIPPERT: Was die reine Kapazität betrifft, gibt es drei Gründe für den Abstand zu den USA: Einmal hat das Land eigene Supercomputer-Hersteller. In Europa gibt es keinen. Zum Zweiten haben die US-Militärs bei den Abrüstungsverhandlungen nur eingewilligt, auf Atomtests zu verzichten, wenn sie genügend starke Rechner bekommen, um Kernwaffentests zu simulieren. Aber der wichtigste Punkt ist: Man hat in den USA früher begriffen als in Europa, dass Supercomputing eine Schlüsseltechnologie ist, auf der Wissenschaft und Technik aufbauen können.

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bdw: An was lässt sich das festmachen?

LIPPERT: Beispielsweise an der konsequenten Bewusstseinsbildung in der Politik. So gehen Berichte über die Bedeutung von Supercomputing seit Jahren direkt ins Büro des amerikanischen Präsidenten. Um ökonomisch und wissenschaftlich an der Spitze zu bleiben, riet einer dieser Reports schon vor Jahren, die Entwicklung von Supercomputern mit über 100 Teraflops anzugehen.

bdw: Jeder nennenswerte Schritt, alte Leistungsgrenzen zu überschreiten, erfordert neue Rechner. Warum können ältere Superrechner nicht einfach aufgerüstet werden, sondern müssen stets neue her?

LIPPERT: Neue, leistungsfähige Supercomputer brauchen wir, damit die Wissenschaftler weltweit wettbewerbsfähig bleiben und an den interessantesten und herausforderndsten Problemen arbeiten können. Dabei ist der Fortschritt bei den Supercomputerarchitekturen so rasend, und aufeinanderfolgende Rechnergenerationen sind so grundlegend anders, dass es mit einem bloßen Aufrüsten nicht getan ist. Doch der finanzielle Einsatz lohnt sich: Supercomputing ist ein extrem wichtiges Werkzeug nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für den technologischen Fortschritt. Die in der Grundlagenforschung entwickelte Methodik, Rechenprobleme anzugehen, entpuppt sich später sehr oft als wesentliche Triebfeder, um praktische Probleme zu lösen. Supercomputing ist meines Erachtens sogar das Feld, auf dem Grundlagenforscher mit angewandten Forschern und Ingenieuren am intensivsten zusammenarbeiten.

bdw: Wo liegen die Herausforderungen künftiger Superrechner?

LIPPERT: Das größte Problem wird die Abwärme der Prozessoren sein. Ein Beispiel: Bis 2009 sollen in Europa Rechner stehen, die eine ganze Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde leisten – wir sagen dazu Petaflops. Würde man sie mit heutigen Technologien bauen, käme man auf eine Abwärmeleistung von etwa 4 Megawatt bei IBM Blue Gene, auf 35 Megawatt bei Maschinen von SGI – früher Silicon Graphics – und auf mehr als 50 Megawatt bei solchen des Herstellers NEC. Das entspricht dem Strombedarf von 400 Einfamilienhäusern bei Blue Gene bis 5000 Einfamilienhäusern bei NEC. Der technische Fortschritt wird die Kosten zwar senken. Dennoch kommt man bezogen auf eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde – je nach Superrechner-Architektur – auf jährliche Stromkosten von 1 beziehungsweise 10 Millionen Euro. Das bedeutet: Die über einen typischen Superrechner-Lebenszyklus aufsummierten Stromkosten erreichen dann die Anschaffungskosten des Computers. Das halte ich für nicht mehr vertretbar. Schon aus diesem Grund brauchen wir neue Rechnerarchitekturen.

bdw: Bei den Superrechner-Herstellern ist ein ähnliches Kommen und Gehen zu verzeichnen wie im übrigen IT-Bereich. Früher war Cray ganz oben, jetzt soll es IBM sein.

LIPPERT: Wir haben in der Tat eine große Fluktuation. Deshalb ist es wichtig, sich davon zu überzeugen, ob die Herstellerfirma einen langen Atem hat. Wer ein Höchstleistungsrechenzentrum betreibt, muss intensive Beziehungen zu allen Anbietern pflegen. Wir arbeiten mit Cray, Bull und weiteren Firmen zusammen – und natürlich ganz eng mit der IBM.

bdw: Wenn ein Hersteller über den Jordan geht, hat man als Kunde schlechte Karten?

LIPPERT: Ich selbst habe eine solche Situation schon erlebt, als der berühmte US-Hersteller Thinking Machines in Konkurs ging. Wir hatten sofort Probleme mit den Ersatzteilen, von einer Weiterentwicklung der Software ganz zu schweigen.

bdw: Unternehmen bezahlen für einen neuen Superrechner 40 Millionen Euro und mehr. Forschungszentren bekommen die Maschinen für weniger als die Hälfte. Wieso?

LIPPERT: Für unseren Blue Gene/L JUBL haben wir weit unter 10 Millionen Euro bezahlt. Das liegt vor allem daran, dass der Wissenstransfer vom Betreiber zum Hersteller nach dem Aufbau eines so anspruchsvollen Rechners wesentlich größer ist als umgekehrt. Superrechner wie Blue Gene kann man nur unter Anwenderdruck einfahren. Insofern glaube ich, dass IBM sehr gerne den Rechner bei uns installiert hat. Das ist nicht anders mit Cray oder anderen Lieferanten…

bdw: … und Sie verkaufen dann für teures Geld Rechenzeit an Unternehmen?

LIPPERT: Es geht nicht darum, dass wir Rechenzeit verkaufen wollen, um ein Schnäppchen zu machen. Unsere Wissenschaftler würden uns auf die Finger klopfen, wenn wir so handelten. Wir verkaufen allenfalls 15 Prozent der Rechenzeit an die Industrie oder die EU. Anders gelagert sind Industriekooperationen: Da werden wissenschaftliche Fragestellungen angegangen, von denen sowohl die Partner als auch das Forschungszentrum profitieren. Das machen wir derzeit in rund 25 Fällen. An wen Rechenzeiten letztlich vergeben werden, entscheidet der wissenschaftliche Rat, der die Anträge allein auf ihre wissenschaftliche Qualität hin begutachtet.

bdw: Um im Wettbewerb mit den USA aufzuschließen, wird sich die Infrastruktur der europäischen Höchstleistungsrechenzentren in den nächsten Monaten stark verändern.

LIPPERT: Wir wollen das wissenschaftliche Rechnen in Europa stärken und verfolgen dazu zwei Ansätze: Bei Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications (DEISA) geht es vor allem um die Zusammenarbeit der Zentren, die in Europa bereits existieren. Bis vor Kurzem mussten Daten oft von einem Zentrum zum anderen mit dem Auto gefahren werden, und die Wissenschaftler mussten an das entsprechende Zentrum kommen, um zu rechnen. Das ehrgeizige Ziel heißt jetzt, dass jeder Wissenschaftler mit Hilfe von so genannten Grid-Technologien – wie der in Jülich entwickelten UNICORE-Software – auf seinem Rechner eine transparente Umgebung vorfindet, um Supercomputing auch gemeinsam mit Kollegen in ganz Europa betreiben zu können. Der DEISA-Verbund ist sozusagen der Kristallisationskeim für die Fachwissenschaftler. Ziel ist, dass Biologen, Physiker oder Ingenieure engere Kollaborationen formen.

bdw: Und der zweite Ansatz?

LIPPERT: Der sieht vor, drei Supercomputerzentren in Europa zu schaffen, die mit den Zentren in den USA konkurrieren können. In Deutschland hat Jülich deshalb mit Stuttgart und München einen Verbund gegründet – das Gauss Centre for Supercomputing. Das wird unsere Chancen in der europäischen Standortfrage entscheidend verbessern.

Das Gespräch führte Wolfgang Hess ■

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