Geplantes Kompetenzzentrum für High Performance Computing am Institut für Informatik bündelt Forschungsarbeiten und intensiviert Service
05.09.2014
Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Forschungsstrukturkonzept "Kompetenzzentrum für HPC in den Naturwissenschaften" des Instituts für Informatik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) mit insgesamt 750.000 Euro über vier Jahre. Das geplante Methodenkompetenzzentrum für High Performance Computing (HPC) unter Koordination von Univ.-Prof. Dr. Bertil Schmidt, geschäftsführender Leiter des Instituts für Informatik, und Univ.-Prof. Dr. André Brinkmann, Leiter des Zentrums für Datenverarbeitung (ZDV) der JGU, wird die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Naturwissenschaften mit der Informatik an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz nachhaltig stimulieren. "Hochleistungsrechnen spielt eine tragende Rolle in den starken naturwissenschaftlichen Bereichen unserer Universität. So hat sich die Computersimulation in den Naturwissenschaften neben der Modellierung und dem Experiment zur dritten Säule des Erkenntnisgewinns entwickelt. High Performance Computing ist so zu einem Standortfaktor geworden, der die Wettbewerbsfähigkeit unserer Forschung entscheidend mitbestimmt", erklärt Univ.-Prof. Dr. Bertil Schmidt. "Mit dem neuen Kompetenzzentrum wird sich daher unsere Universität im Bereich High Performance Computing weiter profilieren – gerade auch im Kontext der geplanten Anschaffung des neuen Hochleistungsrechners MOGON II und der Zusammenarbeit mit dem Forschungsschwerpunkt 'Rechnergestützte Forschungsmethoden in den Naturwissenschaften'. So ermöglicht das neue Zentrum eine langfristig bessere Positionierung der Informatik und der Naturwissenschaften im Bereich der Simulation und Auswertung von großen Datenmengen."
Viele Teilgebiete der Naturwissenschaften stehen heute vor dem Übergang zu einem datengetriebenen Erkenntnisgewinn oder haben diesen bereits vollzogen. Die Speicherung und Auswertung der enormen Mengen an Daten, die dabei routinemäßig in Biologie, Physik, Meteorologie und weiteren Disziplinen erzeugt werden, stellen die Naturwissenschaften zunehmend vor schwierigere Probleme. Diese lassen sich in der Regel nur durch die Entwicklung neuartiger, skalierbarer Algorithmen und Software sowie den Einsatz von High Performance Computing lösen. Das einfache Vorhandensein von Rechenressourcen ist allerdings ohne die notwendige Methodenkompetenz sowohl auf naturwissenschaftlicher Seite als auch im Bereich der Algorithmen- und Programmentwicklung und deren Umsetzung auf moderne HPC-Rechnerarchitekturen nicht ausreichend.
Im Sinne von Translational Research wird das Kompetenzzentrum für HPC in den Naturwissenschaften die erfolgreiche Übertragung informatischer Forschung, d.h. Entwurf, Implementierung und Evaluierung von skalierbaren Methoden zur Auswertung und Speicherung großer Datenmengen, in die Naturwissenschaften ermöglichen. "Das neue Kompetenzzentrum soll daher zum einen die Forschungsarbeiten in den Bereichen Big Data und HPC bündeln, sich zum anderen aber ganz konkret der interdisziplinären Kooperation mit den Anwendern widmen", erklärt Univ.-Prof. Dr. André Brinkmann. "Um diesen Zielen gerecht zu werden, muss das Zentrum sowohl einen Forschungs- als auch einen Servicecharakter aufweisen: Während die Implementierung, Erweiterung und Wartung gut benutzbarer Programme einen klaren Serviceaspekt aufweist, sind der Methodenentwurf und die optimale Anpassung der Programme für moderne HPC-Rechnerarchitekturen mit vielen interessanten Forschungsproblemen verbunden."
Das Kompetenzzentrum wird insbesondere in den Anwendungsgebieten Bioinformatik, Analyse großer Datenmengen aus Teilchenbeschleunigern, Identifikation und Lokalisierung meteorologischer Strukturen sowie Geowissenschaften arbeiten. Die besonderen Kompetenzen des Zentrums werden dabei in den Bereichen Hardware-Beschleuniger, Benchmarking und Anwendungsoptimierung, Data-Mining sowie Visual Analytics und stochastische Optimierung liegen. Die Erstellung von geeigneten Programmbibliotheken soll eine möglichst umfangreiche Wiederverwendung der Resultate ermöglichen.
Die Mainzer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nehmen eine weltweit führende Position auf dem Gebiet der simulationsgetriebenen Wissenschaften ein und belegen dies insbesondere auch durch ihre wissenschaftlichen Erfolge im Exzellenzcluster PRISMA, in der Graduiertenschule der Exzellenz "Materials Science in Mainz" (MAINZ) sowie in verschiedenen Sonderforschungsbereichen.
Erst im April 2014 hat der Wissenschaftsrat den Antrag der Johannes Gutenberg-Universität Mainz auf die Förderung eines neuen Hochleistungsrechners – MOGON II – positiv beschieden und die Grundlage für die Weiterentwicklung des wissenschaftlichen Rechnens in Rheinland-Pfalz gelegt. Insgesamt 8,7 Millionen Euro werden im Zeitraum von 2015 bis 2017 der Bund, die Landesregierung und die Johannes Gutenberg-Universität Mainz in den neuen Hochleistungsrechner investieren, um die rheinland-pfälzischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen der "Allianz im Hochleistungsrechnen Rheinland-Pfalz" (AHRP) bis 2019 mit Rechenleistung der deutschen Spitzenklasse zu unterstützen. Grundlage der Entscheidung des Wissenschaftsrats ist neben den Bedarfen der Forscher auch die Methoden- und Betriebskompetenz im Bereich des Hochleistungsrechnens an der JGU, die zentral am ZDV und dezentral durch den Forschungsschwerpunkt "Rechnergestützte Forschungsmethoden in den Naturwissenschaften" (SRFN) der Universität vorangetrieben wird.