Nachhaltiges Rechnen für Forschung auf Spitzenniveau

Nachhaltiges Rechnen für Forschung auf Spitzenniveau

State Secretary Ayse Asar, Professor Christian Bischof and TU President Tanja Brühl in front of the new expansion stage of the Lichtenberg II high-performance computer (from left to right).Lichtenberg II Einweihung

Staatssekretärin Ayse Asar, Professor Christian Bischof und TU-Präsidentin Tanja Brühl vor der neuen Ausbaustufe des Lichtenberg II-Hochleistungsrechners (v.l.n.r.) (Foto: Klaus Mai)

Die TU Darmstadt hat am 11. Juli den neuen Lichtenberg II-Hochleistungsrechner offiziell eingeweiht.

Ausgestattet mit neuester Technologie setzt er Maßstäbe bei Leistung und Energieeffizienz und bietet damit beste Voraussetzungen für exzellente Forschung. Lichtenberg II ist zudem Teil des Verbunds für Nationales Hochleistungsrechnen (NHR) und unterstützt die überregionale Bereitstellung von Rechenleistung für die Wissenschaft auf besonders nachhaltige und ressourceneffiziente Art und Weise. Benannt ist der Rechner nach dem Universalgelehrten Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799).

Das Design von nachhaltigen Werkstoffen, die Bewältigung der Energiewende oder die Sicherheit des Cyberspace sind nur einige Beispiele für Anwendungen, die datenintensive Berechnungen erfordern. Die besondere Leistungsfähigkeit von Lichtenberg II ermöglicht dabei Berechnungen, die auf „normalen“ Computern gar nicht oder nur sehr viel langsamer erfolgen könnten. So vielfältig wie die Themen sind auch die Anwendungs- und Simulationsprogramme, die Forschende benötigen. Die flexibel nutzbare Architektur des Lichtenberg II-Hochleistungsrechners ermöglicht anpassbare und auf die Bedürfnisse der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zugeschnittene Lösungen.

Damit schafft der Lichtenberg II optimale Rechenbedingungen für die Forschenden der TU Darmstadt – auch mit Blick auf die anstehende Runde der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder, für die sich die TU mit fünf Clustern bewirbt. Zudem ist das Lichtenberg II-System ein wichtiges Aggregat im hocheffizienten Energiemanagementkonzept auf dem Campus Lichtwiese der TU Darmstadt.

Staatssekretärin Ayse Asar vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst (HMWK) hat gemeinsam mit der Präsidentin der TU Darmstadt, Professorin Tanja Brühl, das Gesamtsystem Lichtenberg II offiziell in Betrieb genommen. Der mit einem Gesamtinvestitionsvolumen von 15 Millionen Euro ausgestattete Hochleistungsrechner ist das technische Herzstück eines nachhaltigen Gesamtkonzeptes bestehend aus verlässlichem Betrieb, fokussierter Beratung und Spitzenforschung, das methodische Innovationen in Form von First-Principle-Models und datenbasierten Simulationsprogrammen in neue Erkenntnisse umsetzt.

Die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz hatte den Hochleistungsrechner auf der Grundlage einer Empfehlung des Wissenschaftsrates im Jahr 2017 als Forschungsbau zur Förderung durch den Bund empfohlen. Der Wissenschaftsrat spricht eine solche Empfehlung nur bei Forschungsprogrammen mit herausragender wissenschaftlicher Qualität und von überregionaler Bedeutung aus.

Staatssekretärin Asar betont: „Mit dem leistungsstarken Lichtenberg II-Hochleistungsrechner eröffnen sich für die hessischen Hochschulen hervorragende Möglichkeiten, um komplexe Herausforderungen anzugehen und innovative Lösungen zu finden. Die Wettbewerbsfähigkeit der hessischen Wissenschaftslandschaft wird dadurch deutlich gestärkt. Insofern ist die Einweihung ein großer Erfolg für die TU Darmstadt und für das Land Hessen. Für NHR4CES, das Nationale Hochleistungsrechnen für Computational Engineering Sciences, stellen der Bund und das Land Hessen bis 2024 28 Millionen Euro bereit. Darüber hinaus wird Hessian AI, das hessische Zentrum für künstliche Intelligenz, vom Land Hessen mit 38 Millionen Euro gefördert. Auch werden bis 2024 über den Digitalpakt Hochschulen 112 Millionen Euro für die digitale Transformation der hessischen Hochschulen bereitgestellt.“

 „Mit dem neuen Hochleistungsrechner Lichtenberg II verfügt die TU Darmstadt über einen weiteren Baustein, um exzellente Bedingungen für Forschung zu schaffen, die Antworten auf gesellschaftlich relevante Zukunftsfragen, z.B. zu Klimawandel, Energiewende oder Ressourcennutzung, mit Hilfe von rechenintensiven Methoden sucht“, sagt Professorin Dr. Tanja Brühl, Präsidentin der Technischen Universität Darmstadt. „Ich freue mich, dass wir den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Darmstadt und anderer hessischer und bundesweiter Forschungseinrichtungen ein solch zukunftsweisendes Rechnersystem, das modernsten Ansprüchen an Effizienz und Nachhaltigkeit gerecht wird, in einem energetisch optimierten Gebäude zur Verfügung stellen können.“

Vernetzung mit anderen Hochleistungsrechenzentren

Durch die Zusammenarbeit und Vernetzung von Hochleistungsrechenzentren werden die Effizienz und der Zugang zu leistungsstarker Recheninfrastruktur für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ganz Deutschland erhöht. „Die TU Darmstadt ist eines von neun Zentren des Nationalen Hochleistungsrechnens ‒ NHR ‒,“ erklärte Professor Christian Bischof vom Fachgebiet Scientific Computing des Fachbereichs Informatik. „Das Zentrum NHR4CES ‒ NHR for Computational Engineering Sciences ‒, das die TU Darmstadt zusammen mit dem NHR-Zentrum der RWTH Aachen vorantreibt, unterstützt die Simulation von technischen Produkten, die von zentraler Bedeutung für Entwicklungen in Wirtschaft und Gesellschaft sind.“ Der Schwerpunkt von NHR4CES an der TU Darmstadt liege auf den Ingenieur- und Materialwissenschaften sowie der ingenieurwissenschaftlich orientierten Physik und Chemie. Methodische Ansätze wie numerische Simulation oder Künstliche Intelligenz würden mit integrierten Lösungen für Hochleistungsrechnen und Forschungsdatenmanagement verzahnt.

Hocheffizientes Energiemanagementkonzept

Energieeffiziente Rechnersysteme und eine nachhaltige Nutzung sind wesentliche Ziele für die TU Darmstadt. Daher wird die Abwärme von Lichtenberg II nicht einfach an die Umwelt abgegeben, sondern während der Heizperiode zu einem erheblichen Teil in das Fernwärmenetz eingespeist, das auf dem Campus Lichtwiese alle Gebäude miteinander verbindet.

Der Lichtenberg II nutzt dafür eine direkte und hocheffiziente Warmwasserkühlung, um die Leistung der Prozessoren voll ausfahren zu können. Dabei werden durch spezielle Wärmetauscher und Kühlmittelverteiler hohe Rücklauftemperaturen von über 45 Grad Celsius ermöglicht, um eine sinnvolle Nachnutzung der Energie und effiziente Kühlung zu sichern. Dies führt zu einer deutlich verbesserten CO2- und Energiebilanz und ist ein wichtiger Schritt in Richtung nachhaltiges Hochleistungsrechnen.

INFOS

Das Lichtenberg II-System

Mitte 2020 wurde die erste Ausbaustufe des Lichtenberg II-Systems mit 643 Rechenknoten in Betrieb genommen, diese wird nun mit der zweiten Ausbaustufe um 581 Rechenknoten erweitert. Damit stellen beide Ausbaustufen zusammen ihren Nutzerinnen und Nutzern eine theoretische Spitzenleistung von circa 8,5 Petaflops (PFlops) pro Sekunde durch Prozessoren und 1,7 Petaflops pro Sekunde durch Akzeleratoren zur Verfügung. Der Hauptspeicher beträgt in Summe 563 Terabyte, das Storagesystem für Daten rund 6 Petabyte.

Der vom Hochschulrechenzentrum (HRZ) der TU Darmstadt betriebene Lichtenberg-Hochleistungsrechner ist einer der schnellsten Universitätsrechner Deutschlands und im aktuellen Ranking der Top500-Supercomputer weltweit gleich zwei Mal vertreten. Mit seiner ersten Ausbaustufe belegt er Platz 216. Mit seiner neuen (zweiten) Ausbaustufe ist er Gewinner unter den teilnehmenden Sapphire-Rapid-Systemen (4. Generation von Intel Xeon Scalable Prozessoren) und befindet sich damit auf Rang 230 der Liste. 

Die Investitionskosten für den Lichtenberg-Hochleistungsrechner von 15 Millionen tragen jeweils zur Hälfte der Bund und das Land Hessen.