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Am Eröffnungstag der SC21 wurde die inzwischen 58. Ausgabe der TOP500 publiziert, die die größten High-Performance Computing (HPC) Systeme der Welt anhand ihrer mit dem High-Performance Linpack (HPL) Benchmark erzielten Leistung führt. Das JUWELS-Booster-System des Jülich Supercomputing Centre (JSC) ist demzufolge weiterhin der schnellste Supercomputer Europas. Mit seiner theoretischen Spitzenleistung von 71 Petaflops rangiert das von Atos gelieferte Jülicher Rechnersystem in den aktuellen TOP500 auf Rang 8. Auf den ersten zehn Plätzen in der aktuellen TOP500-Liste gab es nur wenige Veränderungen. Der weltweit leistungsfähigste Supercomputer ist weiterhin der von RIKEN und Fujitsu mitentwickelte Supercomputer Fugaku am japanischen RIKEN Center for Computational Science mit einem HPL-Benchmarkwert von 442 Petaflops. Das Perlmutter-System am NERSC (USA) auf Platz 5 konnte seine gemessene Linpack-Leistung leicht verbessern. Neu hinzugekommen ist auf Platz 10 das bei Microsoft (USA) installierte Voyager-EUS2-System mit 30,05 PetaFlop/s. (Weitere Informationen)

Die Supercomputing Conference (SC), die größte jährlich stattfindende Konferenz und Ausstellung im Bereich des High-Performance Computing, fand dieses Jahr vom 14. bis 19. November in St. Louis, Missouri als Hybrid-Event statt. Besuchern wie Ausstellern und Konferenzprogramm-Mitwirkenden war es somit ermöglicht, auf der SC21 entweder virtuell oder live vor Ort vertreten zu sein. Aufgrund der pandemiebedingten Planungsunsicherheiten hatten sich die drei GCS-Zentren Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS), Jülich Supercomputing Centre (JSC) und Leibniz Rechenzentrum in Garching (LRZ) allesamt für eine ausschließlich virtuelle Teilnahme entschieden.

Mit einer hybriden Online-/Offline-Veranstaltung feierte das HLRS am 6. Oktober 2021 sein 25-jähriges Bestehen. Seit seiner Gründung 1996 hat sich das HLRS zu einem international bedeutenden Forschungszentrum entwickelt. Bei der Jubiläumsfeier brachte das Zentrum enge Partner zusammen, um die Beiträge des HLRS zu Wissenschaft und industrieller Forschung sowie Entwicklung zu betrachten. Den Podiumsdiskussionen des Vormittags, in denen wichtige Aspekte der Geschichte und der Aktivitäten des Höchstleistungsrechenzentrums erörtert wurde, folgte am späten Nachmittag ein Festakt. Zu den anwesenden und online zugeschalteten Ehrengästen zählten der Rektor der Universität Stuttgart, Prof. Dr.-Ing. Wolfram Ressel, die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Anja Karliczek, und der Ministerialdirektor des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, Dr. Hans Reiter. Vertreter der Europäischen Union würdigten die Beiträge des HLRS zum Supercomputing auf europäischer Ebene. Den Abschluss der Zeremonie bildeten Kurzvorträge von hochrangigen Vertretern mehrerer internationaler Partner des Zentrums. Mit Blick auf die Zukunft stellte HLRS-Direktor Prof. Dr. Michael Resch fest, dass die Nachfrage nach größeren Supercomputern, das Aufkommen neuer Technologien – wie künstlicher Intelligenz und Quantencomputing – sowie die dringende Notwendigkeit, HPC umweltverträglicher zu machen, drei Schlüsselfaktoren sind, die die weitere Entwicklung des HLRS im kommenden Jahrzehnt vorantreiben werden. Weitere Informationen

Mit dem 26. Call for Large-Scale Projects vergab das GCS rund 1,4 Milliarden Rechenkernstunden an anspruchsvolle nationale Forschungsprojekte, die eine Unterstützung durch High-Performance-Computing (HPC)-Technologie benötigen. Die insgesamt 15 Projekte, denen die GCS-Rechenzeitkommission Zugang zu den drei nationalen HPC-Zentren HLRS, JSC und GCS gewährte, kommen aus den Bereichen Ingenieurwissenschaften, Chemie und Hochenergiephysik. Einige der genehmigten Simulations-Großvorhaben werden dabei von Wissenschaftler:innen betreut, die ein GCS-Large-Scale-Projekt erstmalig federführend leiten: Prof. Andreas Pöppl von der Universität Leipzig erhielt 53 Millionen Kernstunden auf dem SuperMUC-NG-System des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) für sein Projekt "Ab-initio modeling of paramagnetic active sites in Zeolites and giant Metal-Organic Frameworks". Prof. Andrea Beck von der Universität Stuttgart und der Universität Magdeburg wurden 120 Millionen Kernstunden auf dem Hawk-System des HLRS für ihr Projekt "Large Eddy Simulation of Complex Boundary Layer Flows with Interactions" genehmigt, und das Projekt "Non-perturbative Heavy Quark Effective Theory" von Prof. Jochen Heitger (Universität Münster) wird mit 80 Millionen Kernstunden auf SuperMUC-NG unterstützt. Die komplette Liste der mit dem 26. GCS Large-Scale Call genehmigten Projekte ist auf der GCS-Website einsehbar.

Ein Forschungsteam von KI-Beraterinnen und -Beratern des JSC und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat die Geschwindigkeit von KI-Anwendungen (Künstliche Intelligenz) sowohl auf dem JUWELS-Booster, als auch auf dem Hochleistungsrechner Karlsruhe (HoreKa) gemessen. Als Beitrag zum Wettbewerb „MLPerf Training HPC“ trainierten sie zwei Machine-Learning-Modelle, wobei sie die hohe Leistung der NVIDIA A100-GPUs und die Infiniband-Netzwerkverbindungen in beiden Maschinen ausnutzten. Auf JUWELS verwendeten sie bis zu 3072 GPUs und erreichten mit automatischer gemischter Präzision eine durchschnittliche Rechenleistung von etwa 100 PFlop/s. Dies waren die schnellsten und rechenintensivsten KI-Berechnungen, die jemals in Europa durchgeführt wurden.

Bei den Benchmark-Wettbewerben handelt es sich um rechenintensive Deep-Learning-Modelle. Das Modell Cosmoflow sagt kosmologische Parameter aus den Ergebnissen von kosmologischen Simulationen voraus; DeepCam identifiziert Regionen mit tropischen Stürmen in meteorologischen Daten. Das Training beider Modelle ist recht datenintensiv. Die Datensätze von 8 und 5 Terabyte wurden im Dateisystem des JSC in zwei großen HDF5-Dateien gespeichert. Der Trainingsalgorithmus las beide Dateien nacheinander. Der große Hauptspeicher vom JUWELS-Booster sorgt dafür, dass sie nur einmal gelesen werden müssen. Das Training wurde mit dem ML-Framework PyTorch durchgeführt, das eine automatisierte gemischte Präzision verwendet.

Die Beteiligung am Wettbewerb ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit von Forschenden des Steinbuch Center for Supercomputing am KIT mit der Helmholtz-AI, dem KI-Kooperationsnetzwerk von Helmholtz-Zentren in ganz Deutschland. Deren KI-Beratung kann helfen, neue Anwendungen der Künstlichen Intelligenz in der Wissenschaft zu finden oder bestehende Anwendungen zu verbessern. Weitere Informationen

Um das Quantencomputing in den Forschungsalltag zu bringen und weiterzuentwickeln, beschafft das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) einen Quantencomputer des finnisch-deutschen Startups IQM. Das BMBF fördert diesen Kauf mit mehr als 40 Mio. Euro. Der Fokus für die Weiterentwicklung im Projekt „Quantencomputer-Erweiterung für Exascale-HPC (Q-Exa)“ liegt darauf, das High-Performance Computing (HPC) damit zu beschleunigen sowie Know-how für künftige Computer- und Informationstechnologien aufzubauen. Für Q-Exa wird erstmals in Deutschland ein 20-Qubit-Computer auf der Basis supraleitender Schaltkreise mit HPC-Ressourcen gekoppelt. Im Zusammenspiel von Supercomputing und Quantencomputing soll einerseits die neue Technologie für Wissenschaft und Wirtschaft alltagstauglich und kontrollierbar werden, andererseits kann das HPC deutlich höhere Leistungsstufen erreichen. Die Q-Exa-Strategie beruht auf Co-Design und Kooperation: Neben dem LRZ und IQM, sind die Firmen Atos, Anbieter von HPC- und Quantensystemen, sowie HQS Quantum Simulations beteiligt. Weitere Informationen

Globale Herausforderungen wie Pandemien und Naturkatastrophen verlangen schnelle Reaktionen vonseiten öffentlicher Behörden. In dem dreijährigen Projekt Computational Immediate Response Center for Emergencies (CIRCE) wird das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) eine Studie durchführen, um den Bedarf und die möglichen Anwendungen von Simulationen, Hochleistungsdatenanalyse (HPDA) und künstlicher Intelligenz (KI) in Krisensituationen zu bewerten. Mithilfe von Sondierungsgesprächen mit potenziellen Partnern auf Bundes- und Landesebene wird das HLRS feststellen, welche Arten von Prognosetools den größten Nutzen bringen würden und welche Daten den Behörden zur Verfügung stehen, die als Grundlage für Prognosen dienen könnten. Zudem soll ermittelt werden, welche organisatorischen Verfahren erforderlich sind, um die sofortige Verfügbarkeit der HPC-Ressourcen des HLRS in Notsituationen zu gewährleisten. CIRCE wird vom Bundesministerium für Wissenschaft und Bildung (BMBF) und dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg (MWK) kofinanziert. Weitere Informationen

Neben den Rechensystemen verursachen deren Kühlsysteme den zweitgrößten Stromverbrauch in Rechenzentren. In dem neuen Projekt DEGREE, das vom Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart und dem Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) initiiert wurde, werden Forschende einen neuen Ansatz testen: Ziele sind es, die Energieeffizienz durch einen Kühlungsmix aus freier Kühlung und aktiver Kühlung sowie gleichzeitig das Verhältnis zwischen der Temperatur des Kühlkreislaufs und der bestmöglichen Leistung des Rechensystems zu optimieren. Dazu wird ein Leitfaden für Rechenzentrumsbetreiber entwickelt, um die dynamische Kühlungsregelung in ihren eigenen Einrichtungen zu testen und umzusetzen. Die Integration dieser Ansätze soll dazu beitragen, den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen, die durch die Kühlung von Rechenzentren entstehen, zu senken. DEGREE wird mit einer Laufzeit von zwei Jahren von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert. Weitere Informationen

Die Visualisierungsarbeit von Elisabeth Mayer, Mitarbeiterin im Zentrum für Virtuelle Realität und Visualisierung (V2C) des LRZ, schaffte es auf der internationalen Konferenz Supercomputing 2021 (SC21) unter die weltweit besten sechs wissenschaftlichen Visualisierungen im Wettbewerb Scientific Visualization Showcase. Gemeinsam mit ihrem LRZ-Kollegen Salvatore Cielo und einer Arbeitsgruppe um den britischen Mediziner und Informatiker Prof. Dr. Peter Coveney, gelang es den Spezialist:innen vom LRZ, den Blutfluss in den Venen und Arterien eines Unterarms zu modellieren und dreidimensional zu veranschaulichen. Die Visualisierung ist Teil des internationalen Forschungsprojekts CompBioMed, welches die Digitalisierung in der Medizin voranbringen soll. Mit Supercomputern wie dem HPC-System SuperMUC-NG soll anhand von Messwerten, Daten und Abbildungen ein lebender Mensch simuliert und visualisiert werden. Im Projekt „Virtual Human“ wird durch das Zusammenspiel smarter Mustererkennung und Supercomputing-Software zudem auch die Suche nach Wirkstoffen für Medikamente beschleunigt. Forschende von CompBioMed und Expert:innen des LRZ bauten innovative Screening-Prozesse auf und testeten diese am SuperMUC-NG in Garching. Weitere Informationen

Moderne Supercomputer eilen von einem Rechnerleistungsrekord zum nächsten. Diese sind derzeit nur durch eine stetig steigende Komplexität und Parallelität der Hardware zu erreichen. Daran muss Simulationssoftware immer wieder angepasst und erweitert werden. Um redundante Arbeiten zu vermeiden und Nachhaltigkeit zu erzielen, sind modulare Lösungen in der HPC-Softwareentwicklung ein wichtiger Ansatz. Mit unabhängigen und entkoppelten Software-Komponenten wird eine einfachere Wiederverwendbarkeit, Wartbarkeit und Portabilität erst möglich. Das neue, von der DFG geförderte Projekt FMhub zielt darauf ab, der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine quelloffene, schnelle Multipolmethode (FMM) in Form einer flexiblen C++-Bibliothek namens FMSolvr zur Berechnung von Coulomb-Wechselwirkungen zur Verfügung zu stellen. Der Code wird zusammen mit Werkzeugen zu Versionskontrolle, Fehlermonitoring, Continuous Integration und Deployment sowie einer umfassenden Dokumentation zur Verfügung gestellt. Das Projekt startete im September und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Projektpartner sind ein Team am Jülich Supercomputing Centre sowie Prof. Dr. Matthias Wernervon der Technischen Universität Chemnitz, Fakultät für Informatik.

Anfang Oktober kamen wissenschaftliche Nutzer:innen von HPC-Systemen am HLRS und am Steinbuch Centre for Supercomputing des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) virtuell zusammen, um auf dem jährlich stattfindenden Results & Review Workshop des HLRS ihre neuesten Forschungsergebnisse zu präsentieren und Erfahrungen bei der Optimierung der Leistung und Skalierbarkeit ihrer Codes zu diskutieren. Die Online-Veranstaltung umfasste 26 wissenschaftliche Vorträge und eine virtuelle Vorstellung mit 22 Postern, die sich mit computergestützter Forschung in einem breiten Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen befassten, darunter u. A. Strömungsdynamik, reaktive Strömungen, Wetter- und Klimasimulation, Materialforschung, Informatik, Bioinformatik, Molekulardynamik, Physik und Strukturmechanik.

Zum Abschluss des Workshops zeichnete der Vizepräsident des HLRS-Lenkungsausschusses, Prof. Dr. Dietmar Kröner (Universität Freiburg), drei Projekte und ihre Vortragenden als Gewinner der Golden Spike Awards 2021 aus. Mit dieser Trophäe werden traditionell herausragende wissenschaftliche Anwendungen und der Einsatz von Hoch- und Höchstleistungsrechnern gewürdigt:

• Markus Scherer, Institut für Hydromechanik, Karlsruher Institut für Technologie. Projekt:
  Secondary flow and longitudinal sediment patterns in turbulent channel flow over a bed of mobile particles in domains of small to intermediate size
• Jakob Dürrwächter, Institut für Aerodynamik und Gasdynamik, Universität Stuttgart. Projekt: Uncertainty quantification in high order computational fluid dynamics
• Daniel Mohler, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt. Projekt: Hadronic contributions to the anomalous magnetic moment of the muon from lattice QCD

Wie in den vergangenen Jahren werden die Ergebnisse des Workshops in einem Band des Springer Verlags veröffentlicht. Weitere Informationen

40 Millionen Sicherheitskopien aus rund 5000 Computeranlagen: Das LRZ in Garching speichert zurzeit rund 110 Petabyte an Daten aus Forschungsinstitutionen. Das Archiv- und Backupsystem (ABS) besteht heute aus 20 Servern, 5 Bandrobotern, 126 Bandlaufwerken und 2300 Festplatten und fasst rund 125 Petabyte Daten. Obwohl es in den letzten 25 Jahren stetig wuchs, blieb die Speichertechnik im Wesentlichen gleich: „Zwar hat sich die Hardware stark verändert“, sagt Werner Baur, der mit seinem Team das ABS betreut. „Der Dienst läuft trotzdem noch mit dem gleichen Konzept und der gleichen Software von IBM. Nur der Name wechselte öfter. Anfangs hieß die Software Adstar Distributed Storage Manager, ADSM, jetzt Spectrum Protect oder ISP.“ Zurzeit verfügt das ABS noch über 15 Petabyte freie Kapazität, 2022 erweitert das LRZ den Datenspeicher. Baur rechnet nicht mit großen technischen Veränderungen, Bänder bleiben Standard: „Die Unterschiede bei der Übertragungsgeschwindigkeit und bei den Kapazitäten werden zwar immer kleiner“, beobachtet der Speicher-Spezialist. „Für sehr große Datenmengen aber wird das Tape noch lange das wirtschaftlichste Speichermedium bleiben. Konzerne wie Amazon, Google, Microsoft bauen darauf – eine Garantie, dass die Technologie weiterentwickelt wird.“  Außerdem bleibe die Datensicherung unverzichtbarer Bestandteil des (Super)Computings: „Selbst wenn die Primärspeichermedien eine absolute, unbefristete Haltbarkeit garantierten“, meint Baur, „braucht man weiterhin Backups als Schutz gegen Cyberkriminalität oder menschliches Fehlverhalten.“ Weitere Informationen

Prof. Dr. Dieter Kranzlmüller, Leiter des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) in Garching, hatte sich im Rahmen der vom Deutschen Museum veranstalteten Vortragsreihe „Wissenschaft für jedermann“ der Herausforderung gestellt, das komplexe Thema Supercomputing anschaulich zu beleuchten. In seinem Vortrag „Rechnen mit Warp-Speed“, erläuterte er die Entwicklung, die Hintergründe und den Nutzen von High Performance Computing (HPC): Was ist eigentlich ein Supercomputer? Wie funktioniert er? Warum wirkt ein Supercomputer wie ein Turbo für die moderne Wissenschaft? An konkreten Beispielen aus der Astrophysik bis zur Zoologie erklärte Prof. Kranzlmüller, wie Forscher:innen den am LRZ betriebenen Höchstleistungsrechner SuperMUC-NG einsetzen und welche Erkenntnisse sie damit gewinnen. Der Mitschnitt seines Vortrags ist auf dem YouTube-Kanal des Deutschen Museums in voller Länge abrufbar. 

Prof. Dr. Helmut Reiser, stellvertretender Leiter des Leibniz-Rechenzentrums, berichtet in einem Podcast von Cisco, Ingram Micro, über die Arbeit und die Dienste, die das LRZ nicht mehr nur in München und Bayern, sondern Forscher:innen auch deutschland- und europaweit zur Verfügung stellt. „Überall, wo in München Forschung und Lehre draufsteht, ist das Münchner Wissenschaftsnetz (MWN) und das LRZ dabei“, erklärt Prof. Reiser. Nebenbei erfahren Zuhörende, warum das LRZ seine Rechner mit warmem Wasser kühlt, wie man mehr als 311.000 Prozessoren beschafft und wie der nächste Supercomputer am LRZ, SuperMUC-NG Phase 2, aufgebaut werden wird.