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Bedeutsame Rechenleistungsschranke durchbrochen

Paderborner Wissenschaftler stellen Weltrekord auf

Paderborn

Einem Team um die Paderborner Wissenschaftler Prof. Dr. Thomas D. Kühne und Prof. Dr. Christian Plessl ist es gelungen, als erste Gruppe weltweit die bedeutsame Rechenleistungsschranke von einem sogenannten Exaflop – das sind mehr als eine Trillion Gleitkommaberechnungen pro Sekunde – für eine Anwendung in den rechnergestützten Wissenschaften zu durchbrechen. Damit haben sie einen neuen Weltrekord aufgestellt.

Die Universität Paderborn. Foto: Oliver Schwabe

Wie die Universität Paderborn weiter mitteilt, haben die Professoren – Plessl ist Informatiker, Kühne Chemiker – die Exaflop-Hürde bei einer Simulation des SARS-CoV-2 Spike-Proteins in einer realen Anwendung des wissenschaftlichen Rechnens überwunden. Den Durchbruch haben sie mithilfe des Supercomputers „Perlmutter“ am National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) in den USA geschafft. Aktuell ist Perlmutter der fünftschnellste Rechner der Welt. Grundlage war eine neue Simulationsmethode, die Plessl und Kühne in den vergangenen Jahren entwickelt und in das Open-Source Quantenchemie Softwareprogramm CP2K integriert haben.

Der Hintergrund: In der Welt des Hochleistungsrechnens ist die pro Sekunde durchgeführte Anzahl von Gleitkomma-Rechenoperationen in sogenannter doppelter (64bit) Genauigkeit ein Maßstab für die Leistungsfähigkeit eines Supercomputers. 1984 wurde erstmals die Marke von einer Milliarde Rechenoperationen pro Sekunde erreicht – ein Wert, der heute von jedem Smartphone übertroffen wird. „Mit der wachsenden Bedeutung von Hochleistungsrechnern für die Wissenschaft hat ein zunehmender technologischer Wettlauf um den schnellsten Rechner eingesetzt. Seitdem wird halbjährlich eine aktualisierte Rangliste der weltweit 500 schnellsten Hochleistungsrechner veröffentlicht“, erklärt Plessl, der Vorstandsvorsitzender des Paderborn Center for Parallel Computing (PC2) ist, das an der Universität den Superrechner Noctua betreibt.

Prof. Dr. Christian Plessl. Foto: Universität Paderborn

Weitere Meilensteine wurden 1997 (eine Billion Operationen pro Sekunde, ein Teraflop) beziehungsweise  2008 (eine Billiarde Operationen, ein Petaflop) erreicht. Das Rennen um die nächste symbolträchtige Marke von einem Exaflop wurde unmittelbar eröffnet. Plessl: „Die Dimension dieser Zahl wird deutlicher, wenn man sich vergegenwärtigt, dass das Universum etwa 10 hoch 18 Sekunden alt ist. Das heißt, hätte ein Mensch seit dem Urknall jede Sekunde eine Rechnung ausgeführt, könnte ein Exascale-Rechner die gleiche Arbeit in einer einzigen Sekunde verrichten.“

Prof. Dr. Thomas D. Kühne. Foto: Universität Paderborn

Da sich die Technologiesouveränität bei der Digitalisierung der Wissenschaft zunehmend zu einer Frage der internationalen Wettbewerbsfähigkeit entwickelt hat, wurde das Rennen um den ersten Exascale-Rechner zu einem weltweiten Wettstreit, den man auch als das „Space Race des 21. Jahrhunderts“ bezeichnet. „Aktuell stehen wir unmittelbar vor der Schwelle zum Exascale-Zeitalter. Es wird allgemein damit gerechnet, dass der erste Supercomputer, der die Exascale-Schwelle für 64bit-Gleitkomma-Berechnungen durchbricht, Ende Mai auf der Internationalen Konferenz zum Hochleistungsrechnen, der ISC, in Hamburg öffentlich angekündigt wird“, erklärt Plessl.

Der nächste Coup ist in Arbeit

Die Paderborner Wissenschaftler arbeiten bereits an ihrem nächsten Coup: „Der Goldstandard für Atomistische Simulationen in der Chemie und Festkörperphysik ist die Methode der Dichtefunktional-Theorie. Wir sind sehr zuversichtlich, dass wir die Submatrix-Methode auch in diesem Bereich anwenden können“, so Kühne.

Alles Wissenswerte zu den Hochschulen in Paderborn finden Sie auf unserer Themenseite: www.westfalen-blatt.de/owl/hochschulen-paderborn

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