High Performance Computing
Der Begriff „High Performance Computing (HPC)“ steht für Hoch- bzw. Höchstleistungsrechnen und bezeichnet computergestütztes Rechnen, das einer sehr hohen Rechenleistung bzw. Speicherkapazität bedarf. Die Bedeutung von HPC hat in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. So hat es sich u. a. zu einem entscheidenden Standortfaktor im internationalen wissenschaftlichen und industriellen Wettbewerb entwickelt. In vielen Wissenschaftsbereichen haben sich computergestützte Simulation und Datenanalyse als unverzichtbare Brücke zwischen Theorie und Experiment etabliert und (Weiter-)Entwicklungen im Bereich HPC sind von entscheidender Bedeutung für die Zukunftsfähigkeit der Wissenschaftsstandorte. Als Beispiele seien hier nur die Klimaforschung, Life Sciences und die Ingenieurwissenschaften genannt, sowie die Schlagworte „Simulation Science“ und „Data Intensive Science“. Für die vielfältige Wissenschaftslandschaft in Nordrhein-Westfalen sind Hochleistungsrechner bedeutende Instrumente einer leistungsfähigen Forschungsinfrastruktur.
Die zunehmende Bedeutung von HPC wurde auch durch den Wissenschaftsrat erkannt und im Zuge der Empfehlung zum Nationalen Hochleistungsrechnen (NHR) aufgearbeitet.
Nationales Hochleistungsrechnen: Vom Beschluss…
Im November 2018 hat die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) beschlossen, die Förderung von Forschungsbauten und Großgeräten an Hochschulen fortzusetzen. Grundlage bildet die Ausführungsvereinbarung zur Förderung von Forschungsbauten, Großgeräten und des Nationalen Hochleistungsrechnen (AV-FGH). Bund und Länder stellen zukünftig bis zu 62,5 Mio. € jährlich bereit, mit denen die Beschaffung und der Betrieb (für jeweils zehn Jahre) der im NHR-Verbund geförderten Rechenzentren finanziert werden. Die GWK hat zur Vorbereitung ihrer Entscheidung einen unabhängigen Strategieausschuss eingesetzt, der u. a. Empfehlungen zum Ausschreibungstext und zu Förderkriterien erarbeitet hat. Der Strategieausschuss und der in Gründung befindliche NHR-Verbund werden durch die NHR-Geschäftsstelle1 unterstützt, die zunächst beim Deutschen Forschungsnetz (DFN) angesiedelt ist.
…zur Gründung des Verbundes
Die Vorbereitungen für das wissenschaftsgeleitete Auswahlverfahren begannen 2019, die Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) übernahm auf Bitte der GWK die Begutachtungen im Rahmen des Verfahrens. Im Januar 2020 veröffentlichte die DFG die Ausschreibung und im November 2020 beschloss die GWK die Aufnahme von acht Rechenzentren in die gemeinsame Förderung des NHR, u. a. auch das IT Center der RWTH Aachen University und das Paderborn Center for Parallel Computing der Universität Paderborn. Im Januar 2021 stellten die NHR-Rechenzentren in einem Workshop ihre Visionen des NHR vor.
HPC in NRW
Die DH.NRW hat es sich u. a. zur Aufgabe gemacht, die Empfehlung des Wissenschaftsrats auf NRW-Ebene umzusetzen und die damit verbundene Abstimmung des Ausbaus und der Weiterentwicklung der HPC-Zentren in NRW voranzutreiben.
Die große Bedeutung von HPC für die Wissenschaftslandschaft in NRW spiegelt sich in zahlreichen Aktivitäten wider. In NRW ist mit dem Jülich Supercomputing Centre (JSC) eines der drei Bundeshöchstleistungsrechenzentren etabliert. Als Teil des Gauss-Centre for Supercomputing (GCS) engagiert sich das JSC auch auf europäischer Ebene. Damit sind die Ebenen 0 und 1 der HPC-Versorgungspyramide abgedeckt. Auf Ebene 2 haben sich die RWTH Aachen University und die Universität Paderborn mit ihrer Aufnahme in den NHR-Verbund etabliert, aber auch an der Universität zu Köln ist ein Ebene 2 HPC-Zentrum im Aufbau. Auch auf Ebene 3 gibt es zahlreiche anerkannte Aktivitäten und etablierte Standorte, diese äußern sich unter anderem in Mitgliedschaften in der Gauß-Allianz aber auch in der aktiven Teilnahme am Arbeitskreis Supercomputing des ZKI.
HPC-Landeskonzept der Hochschulen in NRW
Die von der DH.NRW eingesetzte Arbeitsgruppe HPC, besetzt mit Spezialist*innen aus den drei für HPC wesentlichen Bereichen (nutzende Wissenschaft, Methodenwissenschaft und Betrieb), hat 2018 in Abstimmung mit dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (MKW) ein HPC-Landeskonzept erarbeitet. Im Lichte des landesweiten Programms zur Digitalisierung der Hochschulen in NRW (der Digitalisierungsoffensive des MKW) wird dieses HPC-Landeskonzept zurzeit aktualisiert, auch um die zahlreichen und vielfältigen HPC-Aktivitäten in NRW einzubinden und zu koordinieren. Hierdurch sollen Synergieeffekte nutzbar gemacht, die Qualität des Betriebes gefördert und eine effizientere und einfachere Nutzung gewährleistet werden.
Kernpunkte sind eine Verbesserung der Abstimmung der HPC-Aktivitäten in Nordrhein-Westfalen und im nationalen Kontext, die Förderung und Ausbildung von Wissenschaftler*innen in HPC-Belangen, die Verbesserung der Rahmenbedingungen und Möglichkeiten für Spitzenforschung sowie das Heranführen von neuen Nutzendengruppen das Hochleistungsrechnen.
Als Ziele innerhalb von Nordrhein-Westfalen werden fokussiert:
- die nachhaltige Sicherstellung der Versorgung der Wissenschaft und der in Hochschulkooperationen forschenden Industrie mit HPC-Ressourcen und -Fachkenntnissen
- der effiziente und wissenschaftsgeleitete Einsatz HPC-Ressourcen
- der einheitliche und strukturierte Zugang zu HPC-Ressourcen
- die gemeinsame Planung von HPC-Ressourcen
Das Kompetenznetzwerk hpc.nrw
Um die Beratungs-, Coachings- und Ausbildungsmaßnahmen zu bündeln wurde 2019 das Kompetenznetzwerk hpc.nrw geschaffen. Dieses aus Mitteln der Digitalisierungsoffensive des MKW geförderte Projekt beschäftigt Mitarbeitende aus 12 NRW-Rechenzentren, kombiniert damit die Expertise der verschiedenen Standorte und bietet eine kompetente, breit aufgestellte und niederschwellige Anlauf- und Beratungsstelle.