High-Performance-Computing ist ein integraler Bestandteil zahlreicher Forschungsfelder: zum Beispiel in der Energieforschung, den Material- und Lebenswissenschaften oder auch der Klimaforschung. High-Performance-Computing ist ein kritischer Faktor für den Erfolg des Wissenschafts-und Forschungsstandorts Deutschland.

Mit dem Programm „Hoch- und Höchstleistungsrechnen für das digitale Zeitalter – Forschung und Investitionen zum High-Performance-Computing“ richtet das BMBF die Förderung und Finanzierung des High-Performance-Computing in Deutschland strategisch auf das kommende Jahrzehnt aus.

High-Performance-Computing ist Teil technologischer Souveränität

Das BMBF will mit dem Programm ein umfassendes Angebot an Rechnern und Kompetenzen schaffen, das dem Bedarf von Wissenschaft und forschender Industrie im digitalen Zeitalter auch in Zukunft gerecht wird. Zusammen mit den europäischen Partnern will Deutschland – unter anderem durch Beschaffung von Exascale-Rechnern – High-Performance-Computing einer bislang unerreichten Leistungsklasse bereitstellen und somit für den Wirtschafts- und Innovationsstandort Deutschland im Bereich des Supercomputings weltweite Wettbewerbsfähigkeit sichern.

Das BMBF fördert Ausbau, Betrieb und Vernetzung von Hoch- und Höchstleistungsrechnern, schafft die Voraussetzungen für nachhaltige und leistungsfähige Datentechnologien, -anwendungen und –infrastrukturen und leistet so einen Beitrag zur digitalen und technologischen Souveränität Deutschlands und der Europäischen Union.

Leistungsfähige Strukturen des High-Performance-Computing in Deutschland

In Deutschland und auch international ist das Angebot im High-Performance-Computing für die Wissenschaft in mehrere Ebenen strukturiert – entsprechend der Leistungsfähigkeit der Rechner und der Komplexität der Anwendungen.

Ebene 1: Das Gauss Centre for Supercomputing

Die drei leistungsfähigsten Rechenzentren Deutschlands sind unter dem Dach des „Gauss Centre for Supercomputing“ (GCS) vereint:

• Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart (HLRS)
• Leibniz Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Garching bei München (LRZ)
• Supercomputing Centre am Forschungszentrum Jülich (JSC)

Das BMBF und die Länder Baden-Württemberg, Bayern und Nordrhein-Westfalen fördern die Zentren paritätisch. Die Gesamtleistung der drei Spitzensysteme beträgt über 130 PetaFLOPS (Stand Juli 2023).

Ebene 2: Überregionale Rechenzentren und Nationales Hochleistungsrechnen

Die Ebene 2 umfasst aktuell zwölf etablierte, überregionale HPC-Zentren mit Hochleistungsrechnern an Forschungseinrichtungen und Hochschulen.

Das BMBF fördert gemeinsam mit den Ländern den koordinierten Verbund Nationales Hochleistungsrechnen. Er besteht derzeit aus neun Rechenzentren von Hochschulen, die in einem wissenschaftsgeleiteten Verfahren ausgewählt wurden:

• NHR4CES@RWTH - IT Center - RWTH Aachen
• NHR@ZIB - Zuse-Institut Berlin - Berlin University Alliance
• NHR4CES@TUDa - Hochschulrechenzentrum (HRZ) - Technische Universität Darmstadt
• ZIH - Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen - Technische Universität Dresden
• NHR@FAU -  Regionales Rechenzentrum Erlangen - Universität Erlangen-Nürnberg
• NHR@GWDG - Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen - Universität Göttingen
• NHR@KIT - Steinbuch Centre for Computing (SCC) - Karlsruher Institut für Technologie
• PC2 - Paderborn Center for Parallel Computing - Universität Paderborn

• NHR@SW – Verbund NHR Süd-West: Goethe-Universität Frankfurt, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU), Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Universität des Saarlandes

   

Ein Schwerpunkt im NHR-Verbund soll neben der Bereitstellung von Rechenkapazitäten mit gemeinsamen Nutzerzugang die Stärkung der Methodenkompetenz durch koordinierte Aus- und Weiterbildung der Nutzerinnen und Nutzer sowie insbesondere des wissenschaftlichen Nachwuchses sein.

Ebene 3: Leistungsfähige Rechner in ganz Deutschland

Die Ebene 3 besteht vor allem aus regionalen Rechnern, die eine Vielzahl von Anwendungen mit geringeren Leistungsanforderungen für den Bedarf vor Ort bedienen. Diese stehen an den meisten Hochschulstandorten und Forschungseinrichtungen zur Verfügung und werden dort betrieben.

 

In der Gauß-Allianz sind die drei Rechenzentren der Ebene 1, 16 Zentren der Ebenen 2 und 3 sowie das Deutsche Forschungsnetz zusammengeschlossen. Die Mitglieder betreiben zusammen rund 40 HPC-Systeme in ganz Deutschland mit einer aktuellen Leistung von zusammen rund 280 PetaFLOPS (Stand Juli 2023).

Ein europäisches Ökosystem

Im Jahr 2018 wurde das „Gemeinsame Unternehmen EuroHPC“ gegründet, eine institutionalisierte Partnerschaft von Europäischer Kommission, 32 teilnehmenden Staaten und zwei Industrieverbänden. Ziel von EuroHPC ist die Schaffung eines ganzheitlichen Ökosystems im High-Performance-Computing in Europa.

Eine Säule von EuroHPC ist die Beschaffung von Höchstleistungsrechnern in Europa. Das Forschungszentrum Jülich wurde von EuroHPC als Standort des ersten europäischen Exascale-Supercomputers in Europa ausgewählt. Die zweite Säule von EuroHPC ist die Förderung von europaweiten Forschungsprojekten zu Grundlagen und Anwendungen für HPC; deutsche Einrichtungen sind in diesen Projekten stark vertreten. Die dritte Säule, der europaweite Ausbau von Kompetenzen, wird durch einen europäischen Verbund nationaler HPC-Kompetenzzentren gefördert. Deutschland übernimmt dabei eine koordinierende Rolle. In dem Netzwerk werden das Computing-Know-how europäisch zur Verfügung gestellt und Aus- und Weiterbildungsangebote für die Wirtschaft in Europa koordiniert.