Chnellste Rechner Deutschlands In Der Uni Stuttgart Steht

Calculate the computational power of Hawk, Germany’s fastest supercomputer at the University of Stuttgart’s High-Performance Computing Center (HLRS).

Hawk: Der Schnellste Rechner Deutschlands an der Universität Stuttgart

Der Hochleistungsrechner Hawk am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) ist einer der leistungsfähigsten Supercomputer der Welt und der schnellste Rechner Deutschlands. Mit einer Spitzenleistung von 26 PetaFLOPS (26 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde) ermöglicht Hawk bahnbrechende Forschung in den Bereichen Klimamodellierung, Aerodynamik, Quantenchemie und künstlicher Intelligenz.

Technische Spezifikationen des Hawk-Supercomputers

• Prozessoren: 5.634 AMD EPYC 7742 Prozessoren (Rome) mit je 64 Kernen
• Gesamtkernzahl: 179.200 Rechenkerne
• Hauptspeicher: 1,4 Petabyte (1.400 Terabyte) RAM
• Theoretische Spitzenleistung: 26 PetaFLOPS (26 × 10¹⁵ FLOPS)
• Speichersystem: 30 Petabyte paralleles Dateisystem (Lustre)
• Netzwerk: HPE Slingshot Hochgeschwindigkeitsnetzwerk mit 200 Gbit/s
• Energieverbrauch: ~3,5 Megawatt bei Volllast
• Kühlung: Warmwasserkühlung mit Wärmerückgewinnung

Anwendungsbereiche und wissenschaftliche Erfolge

Hawk wird für eine Vielzahl wissenschaftlicher und industrieller Anwendungen genutzt. Einige der wichtigsten Einsatzgebiete sind:

1. Klimaforschung: Hochauflösende Simulationen von Wetterphänomenen und Klimamodellen, die helfen, die Auswirkungen des Klimawandels besser zu verstehen und Vorhersagen zu verbessern.
2. Aerodynamik und Strömungsmechanik: Optimierung von Flugzeugdesigns, Verbrennungsprozessen in Motoren und Windkraftanlagen durch detaillierte CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics).
3. Quantenchemie und Materialwissenschaft: Simulation von Molekülstrukturen und chemischen Reaktionen auf quantenmechanischer Ebene, was die Entwicklung neuer Materialien und Medikamente beschleunigt.
4. Künstliche Intelligenz und Machine Learning: Training komplexer KI-Modelle für Anwendungen in der Medizin, Robotik und autonomen Systemen.
5. Astrophysik: Simulation von Galaxienentstehung, Schwarze-Loch-Dynamik und anderen kosmologischen Phänomenen.

Vergleich mit anderen Top-Supercomputern weltweit

Supercomputer	Standort	Leistung (FLOPS)	Kerne	Energieeffizienz (GFLOPS/Watt)	Hauptspeicher
Hawk	HLRS, Universität Stuttgart, Deutschland	26 PFLOPS	179.200	7,43	1,4 PB
Frontier	ORNL, USA	1.102 EFLOPS	8.730.112	52,23	700 PB
Fugaku	RIKEN, Japan	442 PFLOPS	7.630.848	14,67	4,8 PB
LUMI	Kajaani, Finnland	309 PFLOPS	2.200.000	51,63	1,6 PB
Summit	ORNL, USA	148,6 PFLOPS	2.414.592	14,62	2,8 PB

Wie die Tabelle zeigt, gehört Hawk zwar nicht zu den absoluten Spitzenreitern in der globalen Supercomputer-Landschaft, aber er ist der leistungsfähigste Rechner in Deutschland und einer der effizientesten in Europa. Besonders bemerkenswert ist seine Energieeffizienz von 7,43 GFLOPS pro Watt, die durch das innovative Kühlsystem und die optimierte Architektur erreicht wird.

Die Architektur von Hawk: Warum er so leistungsfähig ist

Hawk basiert auf einer heterogenen Architektur, die speziell für hochparallele wissenschaftliche Anwendungen optimiert ist. Die wichtigsten Komponenten sind:

• AMD EPYC 7742 Prozessoren: Jeder der 5.634 Prozessoren verfügt über 64 Kerne und unterstützt Simultaneous Multithreading (SMT), was die effektive Kernzahl auf 179.200 verdoppelt. Die Zen-2-Architektur bietet eine hervorragende Leistung pro Watt.
• HPE Slingshot Interconnect: Das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk ermöglicht eine extrem niedrige Latenz und hohe Bandbreite zwischen den Knoten, was für stark gekoppelte Simulationen entscheidend ist.
• Warmwasserkühlung: Im Gegensatz zu herkömmlichen Luftkühlsystemen nutzt Hawk eine direkte Warmwasserkühlung, die nicht nur effizienter ist, sondern auch die Abwärme für die Beheizung von Gebäuden auf dem Campus nutzt.
• Paralleles Dateisystem: Das 30-Petabyte-Lustre-Dateisystem ermöglicht den schnellen Zugriff auf große Datensätze und unterstützt E/A-intensive Anwendungen.
• Modulare Bauweise: Hawk besteht aus mehreren Partitionen, die unabhängig voneinander genutzt werden können, was die Auslastung optimiert und Wartungsarbeiten erleichtert.

Forschungsprojekte, die auf Hawk durchgeführt werden

Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2020 wurde Hawk für eine Vielzahl von Forschungsprojekten genutzt. Einige herausragende Beispiele sind:

1. ExaHD – Hochauflösende Klimamodellierung: Ein Projekt des Deutschen Klimarechenzentrums (DKRZ), das die Auflösung von Klimamodellen auf unter 1 km verbessert, um lokale Wetterphänomene genauer vorherzusagen.
2. Virtual Heart: Eine Simulation des menschlichen Herzens auf zellulärer Ebene, die neue Einblicke in Herzrhythmusstörungen und die Wirkung von Medikamenten ermöglicht.
3. Digitaler Zwilling für Windkraftanlagen: Ein Projekt in Zusammenarbeit mit Siemens Gamesa, das die Lebensdauer und Effizienz von Offshore-Windkraftanlagen durch Echtzeit-Simulationen optimiert.
4. Quantenmaterialien: Forschung an neuen Supraleitern und topologischen Isolatoren, die für die nächste Generation von Quantencomputern entscheidend sein könnten.
5. COVID-19-Forschung: Simulation der Wechselwirkungen zwischen viralem Spike-Protein und menschlichen Zellen, um neue Ansätze für Impfstoffe und Therapien zu entwickeln.

Die Zukunft: Hawk und die nächste Generation von Supercomputern

Obwohl Hawk erst 2020 in Betrieb genommen wurde, arbeiten die Forscher am HLRS bereits an den nächsten Schritten. Die Roadmap für die kommenden Jahre sieht folgende Entwicklungen vor:

• Erweiterung der KI-Fähigkeiten: Integration spezieller Beschleuniger für Machine-Learning-Anwendungen, um die Trainingseffizienz großer neuronaler Netze zu steigern.
• Hybride Quantensimulation: Kopplung von Hawk mit Quantensimulatoren, um Probleme zu lösen, die für klassische Supercomputer zu komplex sind.
• Echtzeit-Datenanalyse: Entwicklung von Workflows, die es ermöglichen, experimentelle Daten (z.B. von Teilchenbeschleunigern oder Teleskopen) in Echtzeit zu verarbeiten.
• Nachfolger-System: Bereits in Planung ist ein neues System mit einer Leistung im Exascale-Bereich (über 1.000 PetaFLOPS), das voraussichtlich 2026/2027 in Betrieb gehen soll.

Ein besonders spannender Aspekt ist die zunehmende Vernetzung von Hawk mit anderen europäischen Supercomputern im Rahmen der EuroHPC-Initiative. Dies ermöglicht es Forschern, auf eine kombinierte Rechenleistung von mehreren Hundert PetaFLOPS zuzugreifen und noch komplexere Probleme zu lösen.

Wie man Zugang zu Hawk erhält

Der Zugang zu Hawk steht Wissenschaftlern und Industriepartnern offen, die rechenintensive Projekte durchführen. Die Bewerbung erfolgt über ein Peer-Review-Verfahren:

1. Projektantrag einreichen: Interessierte müssen einen detaillierten Antrag einreichen, der das wissenschaftliche Ziel, die benötigten Ressourcen und die erwarteten Ergebnisse beschreibt.
2. Begutachtung: Eine Expertenkommission bewertet die Anträge nach wissenschaftlicher Exzellenz, technischer Machbarkeit und gesellschaftlicher Relevanz.
3. Ressourcenzuteilung: Bei erfolgreicher Bewilligung werden Rechenzeit und Speicherplatz zugewiesen. Die Nutzung ist in der Regel kostenlos für akademische Projekte.
4. Schulung und Support: Das HLRS bietet umfassende Schulungen und Support, um Nutzern die effiziente Nutzung der Ressourcen zu ermöglichen.

Weitere Informationen zur Nutzung von Hawk finden Sie auf der offiziellen Website des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS).

Die wirtschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung von Hawk

Supercomputer wie Hawk sind nicht nur für die Grundlagenforschung wichtig, sondern haben auch direkte Auswirkungen auf Wirtschaft und Gesellschaft:

Bereich	Beispielhafte Anwendungen	Gesellschaftlicher Nutzen
Energie	Optimierung von Windkraftanlagen, Fusionforschung, intelligente Stromnetze	Beschleunigung der Energiewende, Senkung der CO₂-Emissionen
Gesundheit	Medikamentenentwicklung, personalisierte Medizin, Epidemie-Modellierung	Schnellere Heilmethoden, bessere Pandemie-Vorsorge
Mobilität	Aerodynamik-Optimierung, Batterieforschung, autonome Fahrzeuge	Energieeffizientere Fahrzeuge, weniger Unfälle
Umwelt	Klimamodellierung, Luftqualitätsvorhersage, Wassermanagement	Bessere Anpassung an den Klimawandel, Schutz der Ökosysteme
Industrie 4.0	Digitale Zwillinge, Prozessoptimierung, Materialforschung	Steigerung der Produktivität, Ressourcenschonung

Laut einer Studie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) generiert jeder in Hochleistungsrechner investierte Euro einen volkswirtschaftlichen Nutzen von bis zu 10 Euro. Hawk trägt damit maßgeblich zur Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands in Schlüsseltechnologien bei.

Fazit: Warum Hawk ein Meilenstein für Deutschland ist

Der Supercomputer Hawk am HLRS der Universität Stuttgart ist mehr als nur ein leistungsfähiger Rechner – er ist ein zentraler Baustein für die deutsche und europäische Forschungslandschaft. Mit seiner Rechenleistung ermöglicht er bahnbrechende Erkenntnisse in fast allen wissenschaftlichen Disziplinen und trägt dazu bei, einige der drängendsten Herausforderungen unserer Zeit zu lösen.

Die Investition in Hawk zeigt, wie wichtig Hochleistungsrechnen für die Zukunftsfähigkeit Deutschlands ist. Während andere Länder bereits Exascale-Systeme betreiben, setzt Hawk mit seiner effizienten Architektur und breiten Anwendbarkeit Maßstäbe. Die kommenden Jahre werden zeigen, welche weiteren Durchbrüche mit diesem außergewöhnlichen Rechner gelingen – von der Medizin über die Energieforschung bis hin zur künstlichen Intelligenz.

Für Studierende und junge Forscher bietet Hawk zudem die Möglichkeit, an der Spitze der technologischen Entwicklung mitzuwirken. Das HLRS engagiert sich stark in der Ausbildung und bietet regelmäßig Workshops und Sommerakademien an, um den nächsten Generation von Supercomputing-Experten heranzubilden.

In einer Welt, in der Daten immer wichtiger werden, ist Hawk nicht nur ein Werkzeug, sondern ein Katalysator für Innovation. Er steht symbolisch für den deutschen Ansatz, Spitzenforschung mit praktischen Anwendungen zu verbinden – und damit die Brücke zwischen Wissenschaft und Gesellschaft zu schlagen.