WirtschaftsWoche: Herr Professor Meuer, am 26. Mai ist im Forschungszentrum Jülich Europas schnellser Supercomputer JUGENE in Betrieb gegangen. Mit einer Geschwindigkeit von rund einer Billiarde Rechenschritten zieht die Maschine mit den bisher schnellsten Computern der Welt annähernd gleich, den Supercomputern „Roadrunner“ und „Jaguar“, die das US-Energieministerium betreibt. Was bedeutet dieser Superrechner für den Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Deutschland im internationalen Vergleich?
Meuer: Die neue Maschine mit ihrer Rechenleistung von rund einem Petaflop pro Sekunde hat enorme Bedeutung für Deutschland. Den für den Forschungs- und Wissenschaftsstandort ist es ganz wichtig, dass wir Hochleistungs-Rechenzentren an unterschiedlichen Standorten haben, auch wenn wir innerhalb Europas bei der Anzahl von Systemen in der TOP500-Liste auf den dritten Rang zurückgefallen sind. Die wichtigsten dieser Standorte sind die Rechenzentren in Jülich, Stuttgart und München. An diesen Zentren wurden bewusst unterschiedliche High-Performance-Computing-Systeme installiert, um den Wissenschaftlern verschiedene Möglichkeiten für ihre Anwendungen zu bieten. Es gibt HPC-Systeme bei denen der einzelne Prozessor sehr leistungsstark ist, andere zeichnen sich durch eine Vielzahl von Rechenkernen aus und wieder andere sind in hrer Architektur dynamisch konfigurierbar. Zur Steuerung von Supercomputern sei nur soviel gesagt, dass die Rechenzentren in Deutschland exzellent vernetzt sind, sodass jeder Wissenschaftler an einem deutschen Forschungsinstitut in der Lage ist, schnell und effizient mit seiner Anwendung auf den jeweiligen Supercomputer zugreifen zu können.
Ihre Euphorie klingt dennoch gebremst. Woran liegt das?
Das Forschungszentrum Jülich nahm in den letzten Jahren immer eine Spitzenposition in den TOP500 ein. Auch in der aktuellen Liste vom November 2008 liegen sie mit dem Vorläufer des neuen JUGENE auf Position elf in der Welt und sind damit Platz eins in Europa. Mit dem neuen jetzt eingeweihten System könnten sie es wieder in die TOP 5 der Liste schaffen, die wir auf der International Supercomputing Conference ISC’09 in Hamburg veröffentlichen. Der Erfolg von Jülich sollte aber nicht darüber hinweg täuschen, dass der Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Deutschland insgesamt seine Position in den TOP500 Listen in den vergangenen Jahren ganz wesentlich gegenüber Großbritannien und neuerdings Frankreich verschlechtert hat. Deutschland hat jetzt nur noch 25 Systeme und liegt jetzt sogar hinter Frankreich an dritter Stelle. Noch vor einigen Jahren noch war Deutschland immer die klare Nummer 1 in Europa. Dieses bemerkenswerte Abfallen sollte zum Anlaß genommen werden, auch die Förderpolitik auf den Prüfstand zu stellen.
Welche ökonomische Relevanz hat High-Performance-Computing denn neben der wissenschaftlichen Bedeutung? Oder dient der Kampf um die Spitze bei Rechnergröße und -geschwindigkeit – ähnlich der Formel 1 – ökonomisch in erster Linie Marketingzwecken und der Entwicklung von Technologien, die später einmal auch in Standard-Computern eingesetzt werden können … wie beispielsweise Multi-Core-Prozessoren, etc.?
Absolute Relevanz, unter anderem, weil es zahlreiche Problemen gerade aus der Industrie gibt, die ohne die oberste Leistungsklasse von Computern nicht mehr gelöst werden können. Ein Beispiel, das wir auch ausführlich bei der ISC’09 behandelen ist der HPC-Einsatz in der Luftfahrt. Die Industrie tritt nämlich mit neuen Produkten wie dem Airbus A380, Boeing 787 und später auch dem Airbus A350 in eine neue Ära ein. Die Hersteller solcher Flugzeuge sind gezwungen, die Zyklen bis zur Marktreife zu verkürzen und dabei noch Randbedingungen zu erfüllen wie etwa Halbierung der CO2-Emission und der Geräuschentwicklung. Die Simulation durch Supercomputer ist ein unentbehrliches Werkzeug, um diese Ziele zu erreichen und die Herstellung der Flugzeuge und ihrer Leistung zu optimieren. Das ist nur eines von vielen Beispielen, in denen Supercomputing ökonomisch inzwischen unersetzlich ist.
Jahr für Jahr explodieren Rechenleistung und -geschwindigkeit der Computer. Geht das immer so weiter und läuft die Wissenschaft dabei womöglich Gefahr, in absehbarer Zeit nicht mehr ausreichend komplexe theoretische Modelle entwickeln zu können, die die Leistungsfähigkeit der Supercomputer ausreizen?
Nein, das Risiko sehe ich nicht. In der Zukunft werden noch wichtiger werden als bisher. Viele Wissenschaftler warten händeringend auf die nächste Rechnergeneration, denn sie haben die geeigneten Probleme bereits heute in der Schublade. Das heißt nicht, dass man von seiten der Programmierung nicht etwas tun müsste, um die jeweilige Anwendung optimal auf einen SC anzupassen. Hier gibt es faktisch nur ein Thema:“ Parallelisierung von Algorithmen“. Das ist die Programmierzukunft und hier sollte die deutsche Forschungspolitik massiv investieren.
Wie sieht die Supercomputer-Entwicklung generell in der Zukunft aus?
Wir haben im Juni 2008 mit dem IBM Roadrunner beim Los Alamos National Laboratory den ersten Petaflop/s-Supercomputer in der TOP500 Liste erlebt. Das ist eine 1 mit 15 Nullen Gleitpunktoperationen pro Sekunde beim Lösen eines riesigen Gleichungssystems, das ist unvorstellbar. Im Jahre 1997 war es der Intel ASCI Red, der in der TOP500 die Position 1 übernahm, weil er eine Billion Rechenschritte und damit die Teraflop/s-Grenze geschafft hatte. 1986 war es die Cray 2, die als erster Computer die Gigaflop/s Schranke durchbrochen hat. Es scheint also alle 11 Jahre eine Leistungssteigerung um den Faktor 1000 statt zu finden. Unsere Projektionen besagen, dass wir also 2019 den ersten Exaflop/s Computer erleben könnten.
Geht das ungebremst so weiter?
Während der elfjährige Übergang vom Tera- zum Petaflop/s Computer in Sachen Hardware und Software relativ glatt von statten ging, scheint das jetzt anders zu werden: Energie wird eine Hauptherausforderung darstellen. Wenn sich der Stromverbrauch linear fortsetzte, werden Exaflop/s Maschinen Giga-Watt verbrauchen. Das ist nicht bezahlbar. Zweitens wird auch die Bandbreite, um solche Systeme mit Daten zu versorgen, extrem teuer werden. Und drittens wird das Thema Zuverlässigkeit bei der Parallelisierung eine immens wichtige Rolle spielen. Es sind also die Designer und Hersteller dieser Systeme stark gefordert.
Es gibt Fachleute, die angesichts der anhaltenden Leistungssteigerung pronostizieren, dass die Elektronenhirne irgendwann ohne die Intelligenz der Forscher auskommen, dass es keine wissenschaftlichen Hypothesen mehr brauche. Stattdessen reiche es aus, die schiere Rechenpower auf die Datenberge loszulassen. Halten Sie es für realistisch, dass die Maschinen tatsächlich eines Tages selbstständig "des Pudels Kern" erkennen und , um mit Goethes Faust zu sprechen, „verstehen, was die Welt im Innersten zusammenhält“?
Was des Pudels Kern ist, dürfte eher eine philosophische Frage sein. Aber es ist unbestritten, dass in vielen Gebieten der Wissenschaft, nur durch den Einsatz von HPC-Systemen ein Fortschritt zu erzielen ist. Nehmen sie die komplexen Berechnungen, die notwendig sind, um die Wetter-, Hurrikan-, Erdbebenvorhersage genauer und sicherer zu machen. Nicht nur hier ist der Einsatz von Supercomputern ein MUSS. Und dennoch: Das gelegentlich publizierte „Ende der Theorie“ halte ich für völlig absurd.
