Hochleistungsrechnen in Deutschland

Ohne Simulationsverfahren auf Hoch- und Höchstleistungsrechnern (High Performance Computing, HPC) ist Grundlagenforschung wie in der Energieforschung, den Material- und Lebenswissenschaften oder auch der Klimaforschung undenkbar. Deshalb hält die Bundesregierung den Zugang und die Nutzung von HPC für den Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit von Wissenschaft und Wirtschaft für unerlässlich. Das schreibt sie in einer Antwort auf eine Kleine Anfrage der FDP-Bundestagsfraktion.

HPC sei auch Grundlage für zahlreiche innovative Produkte in den Schlüsselbereichen der deutschen Wirtschaft. Elektronische Geräte, Autos, Flugzeuge oder neuartige Medikamente basierten heute auf Ergebnissen von Simulationen auf Hoch- und Höchstleistungsrechnern. Neben den etablierten Anwendungsfeldern erlange HPC auch in anderen Bereichen zunehmend Bedeutung. HPC sei beispielsweise auch der Treiber für die anwendungsorientierte Forschung in den Bereichen künstliche Intelligenz (KI) und Big Data, die auf entsprechende Infrastrukturen angewiesen seien. Wichtig seien aber auch die Verwendung agentenbasierter Modelle zur Simulation komplexer sozialer Phänomene in den Sozialwissenschaften oder komplexe Simulationen im Bereich der Logistik.

Die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) von Bund und Ländern habe im November 2018 die Bund-Länder-Vereinbarung Forschungsbauten, Großgeräte und Nationales Hochleistungsrechnen (AV FGH) beschlossen. Auf dieser Grundlage werde mit dem Nationalen Hochleistungsrechnen (NHR) ein zukunftsfähiges Netzwerk von Hochleistungsrechnern der Ebene zwei errichtet, mit dessen Rechenkapazitäten die deutschen Hochschulen gestärkt werden. Dafür stellen Bund und Länder gemeinsam insgesamt bis zu 62,5 Millionen Euro jährlich bereit.

Innerhalb Europas sei Deutschland gemeinsam mit Frankreich führend, was die zur Verfügung stehende Rechenleistung betreffe. Als einziges europäisches Land neben der Schweiz verfüge Deutschland mit dem »SuperMUC« (München-Garching) über einen der zehn schnellsten Rechner weltweit. Das Hoch- und Höchstleistungsrechnen setze Kompetenzen im Bereich Rechnerarchitekturen sowie in der Konstruktion und Produktion von Rechner-Hardware voraus. Der Betrieb von Hoch- und Höchstleistungsrechnern erfordere ebenso Kompetenzen in spezifischen Feldern der Betriebssoftware, bei Programmiersprachen, Compilern und Laufzeitumgebungen insbesondere zur Parallelisierung von Software/Anwendungssoftware sowie für die Entwicklung von Werkzeugen und Produktionsumgebungen zur Anpassung an leistungsfähige Rechnerumgebungen. Deutschland habe in den genannten Bereichen eine sehr hohe Methodenkompetenz und nehme im Bereich der Anwendungsentwicklung und HPC-Software bereits jetzt eine führende Rolle ein.

Die TU München gehöre für den Zeitraum seit 2008 zu den zehn bei HPC weltweit am höchsten bewerteten Hochschulen. In Europa stammten fünf der 20 bei HPC am höchsten bewerteten Hochschulen aus Deutschland. In Deutschland seien alle neun HPC-Rechner, die laut dem Ranking von TOP500.org derzeit unter den 100 leistungsstärksten Computern der Welt rangieren, in wissenschaftlichen Einrichtungen angesiedelt. Die dort erarbeiteten Ergebnisse und die vorhandenen Fähigkeiten seien - mit Ausnahme exportkontrollrechtlich unzulässiger Kooperationen - offen nutzbar für den weltweiten Austausch der akademischen Fachgemeinschaften. Durch den Personalwechsel von Spezialisten aus Forschungseinrichtungen in die Wirtschaft werde auch die wirtschaftliche Nutzung dieser Expertise gefördert.

Die Kooperation der deutschen Forschungseinrichtungen, die spezifische HPC Schwerpunkte verfolgten, mit europäischen und internationalen Partnern, der internationale Austausch von wissenschaftlichem Personal an den Einrichtungen und das Interesse weiterer Staaten an einem Erfahrungsaustausch mit diesen dokumentiere nachdrücklich die hohe Leistungsfähigkeit der Arbeit deutscher Forschungsinstitutionen zu HPC. Hier mache sich insbesondere bemerkbar, dass die Arbeit mit Hoch- und Höchstleistungsrechnern in Deutschland rein ziviler Natur sei und keine besonderen Hindernisse für den wissenschaftlichen Austausch bestünden. Zu der genauen Anzahl von Professor*innen mit einem Forschungsschwerpunkt auf HPC-Technologien lägen der Bundesregierung keine Informationen vor.