Supercomputer „Mistral“ sichert Deutschlands Spitzenposition in der Klimaforschung

06.10.2015

Mit einem Festakt wurde am 5. Oktober der neue Supercomputer „Mistral“ am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) eingeweiht. Damit geht einer der leistungsfähigsten und energieeffizientesten Hochleistungsrechner der Welt ans Netz, der für Klimasimulationen eingesetzt wird. Das DKRZ ist einer der vier Partner im Exzellenzcluster CliSAP.

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41 telefonzellengroße Rechnerschränke, von denen viele mehr als eine Tonne wiegen, beherbergen den neuen Supercomputer „Mistral“. Die Endausbaustufe wird im Sommer 2016 erreicht. Dann soll „Mistral“ gut 20 Mal schneller und um ein Vielfaches leistungsfähiger sein als sein Vorgängermodell, bei gleich bleibendem Energieverbrauch.

Seine Rechenleistung wächst von heute 1,4 auf drei Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde (drei PetaFLOPS). Das kommt ungefähr der aufsummierten Leistung 100.000 gängiger Notebooks gleich. Der Speicherplatz des Klimarechners umfasst heute mehr als 20 und im Endausbau 50 Petabyte; das entspricht umgerechnet einer Datenmenge von etwa zehn Millionen Spielfilmen.

So geht das DKRZ auf die wachsenden Anforderungen von Wissenschaftlern ein, um verlässlichere und detailliertere Klimasimulationen erstellen zu können. Diese helfen, wichtige Prozesse in der Atmosphäre, der Biosphäre und in den Ozeanen zu simulieren und besser zu verstehen.

Verdopplung der Auflösung führt zu 10-fachem Rechenaufwand

Aber wie wird eigentlich das Klima berechnet? Für Klimasimulationen unterteilt man Atmosphäre und Ozean in 3D-Gitterzellen. Für jede dieser Zellen werden auf Basis von Startwerten physikalische Gleichungssysteme gelöst, um zu Werten für einen in der Zukunft liegenden Zeitpunkt zu kommen. Diese bilden dann wiederum die Startwerte für den nächsten Durchgang und so weiter. Je feiner das Gitter ist, desto kürzer muss der Zeitschritt gewählt werden, und um so mehr Berechnungen müssen durchgeführt werden. So führt etwa eine Verdoppelung der Auflösung zu einer Verzehnfachung des Rechenaufwandes. Regionalmodelle für Deutschland konnten bisher beispielsweise bestenfalls mit einer Auflösung von zehn Kilometern dargestellt werden.

Mit dem neuen Supercomputer „Mistral“ kann die Gitternetzauflösung nun auf 100 Meter verkleinert werden. So könne auch feine Strukturen und kleinräumige Prozesse wie die Wolkenbildung abgebildet werden. Damit ist „Mistral“ in der Lage, detailliertere Klimaprojektionen für Deutschland zu berechnen und damit zum Beispiel regionale Phänomene wie Starkregen-Ereignisse zu simulieren. So wird einer der größten Herausforderungen bei der Klimaforschung Rechnung getragen: der Komplexität und der Dynamik unseres Klimas.

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Mit der Kombination aus Supercomputer, dem besonders großen Festplattensystem und einem der größten Klimadaten-Archive der Welt trägt das Deutsche Klimarechenzentrum dazu bei, Deutschlands Spitzenposition im Bereich der Klimaforschung zu sichern.

„Das Deutsche Klimarechenzentrum ist weltweit einzigartig, weil wir ein besonderes Verhältnis von Rechenleistung zu Speicherkapazität anbieten. Mit unserer Rechenleistung gehören wir zu den stärksten Rechenzentren der Welt, mit der Speicherleistung zur Elite dieser Zentren“, erzählt Prof. Dr. Thomas Ludwig, Geschäftsführer vom DKRZ, stolz. „Wenn der Endausbau stattgefunden hat, werden wir zu den Top-3-Rechenzentren gehören, was Festplattenkapazität zur Datenhaltung angeht. Das entspricht den Bedürfnissen, die die Klimaforscher an unsere Infrastruktur stellen.“

Das DKRZ stellt Klimadaten für Wissenschaftler weltweit bereit. Auf Basis dieser Daten entstehen zahllose Studien und Veröffentlichungen, die beispielsweise in den IPCC-Bericht einfließen. Auch die Bundesregierung nutzt Ergebnisse dieser Klimaprojektionen, etwa für die anstehenden Verhandlungen bei der UN-Klimakonferenz in Paris.

Für die Finanzierung des Gesamtprojekts stehen 41 Millionen Euro zur Verfügung, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und von der Helmholtz-Gemeinschaft getragen werden.

 

(News: DKRZ)