Supercomputer der nächsten Generation Der Kosmos im Schaltkreis

Um zu verstehen, wie die Galaxien und Sterne entstanden sind, blicken Wissenschaftler am Astrophysikalischen Institut Potsdam nicht nur in den Weltraum, sondern auch tief in die Schaltkreise eines riesigen Computers.

Von Philipp Berens

Ihr gesamtes Wissen speisen die Physiker in den Rechner ein, der die Entstehung des Weltalls auf numerische Weise nachvollzieht - ein rein digitales Gebräu aus 20 Milliarden virtuellen Sternen verklumpt sich dabei zu einer Struktur, die dem heutigen Kosmos ähnelt.

MareNostrum, der größte Supercomputer Europas

(Foto: Foto: S. Gottlöber, AIP)

"Berücksichtigt man nicht nur Schwerkraft und Gasdruck, sondern auch die Entstehung einzelner Sterne, ist das sehr aufwändig", sagt der Potsdamer Astrophysiker Stefan Gottlöber. "Wir wollen verstehen, wie 300.000 Jahre nach dem Urknall aus winzigen Dichteschwankungen im Kosmos die Galaxien entstanden", ergänzt sein Doktorand Arman Khalatyan.

Auf normalen Computern ist solch ein gewaltiges Projekt nicht durchführbar: 114 Jahre hätte ein Schreibtisch-PC Tag und Nacht rechnen müssen um die Datenmassen zu verarbeiten.Auch in anderen Forschungsgebieten sind die Anforderungen an die Rechenleistung in den vergangenen Jahren enorm gewachsen.

Biologen simulieren chemische Reaktionen in Körperzellen, Klimaforscher prognostizieren die Auswirkungen des Klimawandels mit immer zuverlässigeren Modellen. Alle benötigen sie Supercomputer - die Spitzenklasse der weltweit verfügbaren Rechner. Anders als zu Zeiten der legendären Mainframes bestehen moderne Superrechner heute aus zahlreichen vernetzten Prozessoren, die parallel arbeiten.

52 Tage statt 114 Jahre

Europas derzeit schnellste Großrechenanlage und die fünftschnellste der Welt steht in Barcelona, umrahmt vom kühlen Gemäuer einer ehemaligen Kirche. Auch die Physiker um Stefan Gottlöber haben auf dem "MareNostrum" getauften Supercomputer Rechenzeit gebucht.

Dessen 10.240 Prozessoren kommen auf eine Rechenleistung von 63 Teraflops, das bedeutet 63 Billionen Rechenoperationen in einer Sekunde, was etwa 20.000 mal schneller ist als ein handelsüblicher PC. Gottlöbers kosmische Simulation schafft MareNostrum auf 800 Prozessoren in 52 Tagen statt in 114 Jahren, die ein PC bräuchte.

Supercomputer sind schnell, weil viele Prozessoren gleichzeitig an einem Problem knabbern. Um diese Form der Arbeitsteilung zu optimieren, müssen die Forscher ihre Rechenschritte in passende Päckchen stückeln. Jeder Prozessor des Superrechners erledigt dann ein Teilproblem - nur hin und wieder tauschen die Rechenkerne Daten aus, um sich auf dem neuesten Stand zu halten.