Von Alexander Stirn

Fast 100 Billiarden einzelne Informationen - Europas neuer Teilchenbeschleuniger wird mehr Messwerte liefern als die größten Rechenzentren der Welt verarbeiten können.

Es sind so viele Einsen und Nullen, dass am Ende des Jahres eine Eins mit 17 Nullen herauskommen wird. Fast 100 Billiarden einzelne Informationen - oder 100 Petabyte - wird das europäische Kernforschungszentrum Cern künftig Jahr für Jahr produzieren, wenn es in wenigen Wochen erstmals seinen neuen Teilchenbeschleuniger einschaltet.

In dieser Datenflut soll nach den letzten Geheimnissen des Universums gesucht werden. "Für ein einzelnes Rechenzentrum ist das aber viel zu viel", sagt Gonzalo Merino vom spanischen Informatikzentrum PIC.

Zusammen mit Kollegen vom Cern arbeitet Merino daher daran, Daten und Berechnungen über die ganze Welt zu verteilen, wie er soeben auf der Konferenz Euroscience Open Forum (Esof 2008) in Barcelona erläuterte. Von der neuen Art zu rechnen sollen aber nicht nur Forscher profitieren - sie könnte in Zukunft auch den alltäglichen Umgang mit Computern von Grund auf verändern.

"Wir fühlen uns ein bisschen wie Versuchskaninchen", sagt Merino und schmunzelt. Schließlich habe noch niemand versucht, mit einer derart großen Datenmenge auf einen Schlag klarzu- kommen. Wenn der Large Hadron Collider (LHC), ein mehr als 26 Kilometer langer ringförmiger Beschleuniger, eines Tages mit voller Kraft läuft, wird er Protonen-Pakete 40 Millionen Mal in der Sekunde mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aufeinanderprallen lassen.

Durch die hohen Energien können neue, bislang unbekannte Teilchen entstehen. Detektoren, so groß wie Mehrfamilienhäuser, sollen deren Spuren nachweisen.

"Das ist in etwa so, als würde man eine digitale Kamera nehmen und pro Sekunde 40 Millionen Fotos machen", sagt Tejinder Virdee vom Imperial College London. Bis zu 600 Billionen Bytes pro Sekunde produziert die Riesenkamera; selbst ein gemeinsamer Kraftakt aller Rechenzentren und Datenleitungen der Erde würde nicht ausreichen, um die Datenmenge zu bewältigen.

Die Physiker müssen noch vor Ort eine Auswahl treffen - oder sie treffen lassen. Speziell für diese Aufgabe programmierte Chips sollen, wie Pere Mató vom Cern berichtet, alle unnötigen Informationen ausfiltern: bereits bekannte Teilchen, unspektakuläre Geschwindigkeiten, ungünstige Aufprallwinkel. 9999 von 10.000 Daten könnten so direkt entsorgt werden und würden die Leitungen nicht mehr belasten.

Die Entscheidung müsse allerdings innerhalb von drei bis vier Mikrosekunden fallen. Und sie ist endgültig. "Wenn wir die Daten erst einmal ausgeblendet haben, können wir sie nicht wiederherstellen", sagt Mató. Ein heikles Unterfangen. Was, fragt der Cern-Experte, wenn der LHC nach jahrelangem Betrieb noch immer keine neuen Teilchen entdeckt hat und sich herausstellt, dass die entscheidenden Daten im digitalen Orkus gelandet sind?

Beginn des Petabyte-Zeitalters

Im ersten Schritt sollen daher nur offensichtliche Ausreißer ausgeblendet werden. Anschließend ist Zeit für eine etwas genauere Analyse. Einige Bruchteile von Sekunden dürfen die Supercomputer im Genfer Cern-Rechenzentrum verplempern, um sich ein Bild der Kollision und der dabei entstandenen Teilchen zu machen. Komplexe Algorithmen ergründen die Vorgänge, verfolgen Spuren und ermitteln interessant erscheinende Daten. Alles andere bleibt im Filter hängen. Die Datenflut wird dadurch nochmals um mehr als 99 Prozent reduziert.

Dann allerdings beginnt die unvermeidliche Rechenarbeit. Um die Einsen und Nullen aus den Detektoren zu analysieren und in ein für Wissenschaftler verständliches Format zu bringen, ist die Kraft von 60000 Prozessoren nötig. Gleichzeitig müssen die Detektoren fortwährend kalibriert und verfeinert werden, was weitere 20.000 Prozessoren auslastet. Um die Arbeitsweise der Messinstrumente zu verstehen, sind umfassende Simulationen und Vergleiche mit der Praxis nötig; noch einmal 20.000 Prozessoren werden dafür gebraucht.

Zusammen mit den Rohdaten und deren Sicherheitskopien fallen bei den Berechnungen jedes Jahr etwa 90 Petabyte an Daten an. "Es gibt keine Möglichkeit, diesen Speicherbedarf und die nötige Rechenkraft am Cern zu konzentrieren", sagt Gonzalo Merino. Nicht einmal 20 Prozent der notwendigen Ressourcen stünden in Genf zur Verfügung.