Prof. Dr. Gernot Münster und Martin Leweling haben den Überblick über die vielen Kabel am münsterschen Supercomputer. Foto: Peter Grewer
Münster (upm), 12. Juni 2007
Was geht im Innern unserer Erde vor? Und wie verhalten sich die kleinsten Teilchen, die Elementarteilchen? Die experimentelle Wissenschaft allein kann solche Fragen nicht beantworten. Dafür müssen oft komplizierte Modellrechnungen durchgeführt werden, für die Wissenschaftler extrem leistungsfähige Rechner benötigen. Arbeitsgruppen der Universität Münster aus Fachbereichen wie Physik, Chemie, Mathematik und Informatik nutzen einen Hochleistungsrechner des Zentrums für Informationsverarbeitung, um ihre komplizierten Simulationen und Berechnungen durchzuführen. Falls das nicht ausreicht, können die münsterschen Wissenschaftler auch auf einen "Supercomputer" zugreifen, der in Jülich steht.
Als Supercomputer werden Rechner bezeichnet, die im obersten realisierbaren Leistungsbereich arbeiten. Auch viele Einzelrechner können zu einem Supercomputer vernetzt werden, zu einem so genannten Cluster. Zu diesem Typ gehört auch der Hochleistungsrechner der Universität Münster. Er besteht aus 118 Rechenknoten und einigen Rechnern, die zur Bedienung und Steuerung des Netzes nötig sind. "Jeder einzelne dieser Rechenknoten ist hinsichtlich der Leistung in etwa vergleichbar mit einem handelsüblichen PC", erklärt Martin Leweling vom Zentrum für Informationsverarbeitung.
Die einzelnen Knoten sind durch schnelle Leitungen miteinander verbunden: moderne Glasfasertechnologie ermöglicht die Übertragung von zwei Gigabit an Daten pro Sekunde. Das Cluster erreicht eine maximale Rechenleistung von 290 Giga-Flops (Floating Point Operations per Second). Zum Vergleich: Ein normaler PC mit einem Pentium-4-Prozessor kann bei einer Taktfrequenz von drei Gigahertz etwa sechs Giga-Flops erreichen. Allerdings macht eins und eins hinsichtlich der Leistungsfähigkeit eines Netzwerks nicht unbedingt zwei. "Je mehr Rechner Sie zusammenschrauben, desto mehr Rechenleistung geht für die Kommunikation und Koordination zwischen ihnen verloren", erklärt Leweling.
Der münstersche Hochleistungsrechner taucht in der aktuellen Liste der 500 weltweit leistungsfähigsten Rechner nicht auf - da gibt es Computer mit etlichen tausend Prozessoren. Allerdings: "Zur Zeit der Anschaffung des Rechners 2003 wären wir noch in die Top 500 reingekommen. Seither hat sich allerdings die Leistung der Superrechner verzehnfacht", so Leweling. Auch, wenn der münstersche Rechner also ganz streng genommen kein Supercomputer ist - im NRW-Vergleich gehört er doch zu den leistungsstärksten Rechnern im universitären Bereich.
Falls die Leistung des eigenen Rechners nicht ausreicht, können die Wissenschaftler der Universität Münster auf andere Supercomputer ausweichen. Der Ressourcenverbund NRW, ein Zusammenschluss von Hochschulrechenzentren, bietet die Möglichkeit, auch Superrechner anderer Universitäten, wie zum Beispiel der RWTH Aachen, zu nutzen. Die leistungsstärksten Supercomputer in Deutschland stehen in Jülich, Stuttgart und Garching und sind seit einigen Wochen zum "Gauss Centre for Supercomputing" (GCS) zusammengeschlossen. Die Rechner werden von Wissenschaftlern aus Deutschland und auch aus dem Ausland genutzt.
Prof. Dr. Gernot Münster vom Institut für Theoretische Physik der Universität Münster ist Gründungsmitglied des GCS. Er erklärt am Beispiel des Jülicher Rechners, den auch seine Arbeitsgruppe nutzt, wozu Wissenschaftler solch einen Supercomputer brauchen: "Der Rechner besteht aus mehr als 16.000 Prozessoren, das entspricht etwa 16.000 einzelnen PCs. Bei einer Klimamodellrechnung zum Beispiel berechnet jeder Prozessor das Klima für einen kleinen Teil der Erde." Jeder Prozessor benötigt dabei die Daten seiner Nachbarn, um das Klima in "seinem" Gebiet korrekt zu berechnen. Ganz wichtig ist daher eine Verschaltung der Prozessoren auf kleinstem Raum mit schnellen Verbindungen, um die Daten möglichst zeitnah zu übertragen.
Nicht nur das Klima berechnen Wissenschaftler. Münstersche Forscher nutzen Hochleistungsrechner, um die unterschiedlichsten Fragestellungen zu beantworten. Chemiker sagen durch Simulationen am Rechner Eigenschaften von Molekülen voraus. Physiker berechnen die Eigenschaften der kleinsten Teile der Materie und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte. Und Geophysiker berechnen die komplizierte Bewegung des Magmas im Innern der Erde. Solche Berechnungen können als Grundlage dafür dienen, Erdbeben vorherzusagen. Auch Umweltverschmutzungen werden simuliert. Die Forscher sehen dadurch zum Beispiel, wie sich eine giftige Chemikalie in verschiedenen Böden oder in Grundwasserschichten ausbreitet - ein Feldversuch wäre in einem solchen Fall ausgeschlossen.