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entdeckt_02_2014

FORSCHUNG// DAS FORSCHUNGSMAGAZIN AUS DEM HZDR WWW.HZDR.DE 30 31 „Allein das Laden der Daten hätte mit den damaligen Sys- temen vier Monate gedauert“, sagt Nagel. „Meine Idee war, ein System mit einem großen Hauptspeicher zu bauen und alle Daten auf einmal zu laden und vorzuhalten – innerhalb von acht Minuten, nicht Monaten.“ Inzwischen nutzen selbst Firmen wie SAP diesen Trick für die Analyse von Geschäfts- daten – und verdienen Millionen. „An Businessdaten habe ich damals gar nicht gedacht, ich hatte nur die Lösung des Problems der stetig wachsenden Daten aus der Forschung vor Augen“, lacht Nagel. Im neuen Big-Data-Kompetenzzentrum ScaDS, das Nagel in Kooperation mit der Universität Leipzig und weiteren Partnern betreibt, wollen die Informatiker Lösungen für Probleme in den Lebenswissenschaften, den Materialwissenschaften, Umwelt, Klima, Verkehr, Wirtschaft und den so genannten Digital Humanities – den Geistes- und Sozialwissenschaften – entwickeln. Auch das HZDR ist als assoziierter ScaDS-Partner am interdisziplinären Austausch von Methoden und an der Förderung gemein- samer Lösungsansätze für die Analyse großer Datenmengen beteiligt, etwa wenn es um die medizinische Bildgebung oder die zeitauf- gelöste Tomographie von komplexen Strömungs- gemischen geht. Ob im Mikro- kosmos, im Verkehrschaos direkt vor der Tür oder in fernen Galaxien – Supercom- puter können die unterschied- lichsten Phäno- mene lösen helfen. Michael Bussmann vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf wollte ein „ganz klassisches Phäno- men“ analysieren, die Bewegung von Milliarden von Elektronen in so genannten Plasmajets, Fontänen von Teilchen, wie sie aus Sternen in entfernten Galaxien schießen. Ähn- lich wie sich in der Gischt von Wellen Wasser mit Luft mischt, mischen sich die Gasteilchen aus dem Plasmajet eines Sterns mit anderen Gasteilchen. Bislang haben Forscher solche Turbulenzen, auch Kelvin-Helmholtz-Instabilität genannt, nur anhand weniger hundert Teilchen berechnen oder simulieren können. Doch das spiegelt nicht annähernd wider, was in der Realität passiert. „Deshalb haben wir etwas gemacht, was bisher kaum jemand versucht hat“, erklärt Bussmann. „Wir haben einen Plasmajet mit einer so hohen Auflösung simuliert, dass wir den Elektronen im Jet, also rund hundert Milliarden Teilchen, folgen konnten.“ Die für den PIConGPU genannten Simulationscode benötigte Rechenkraft stellten zunächst die Rechenzentren des HZDR und der TU Dresden zur Verfügung. Das Wesentliche aus der Datenmasse So wie die Gangschaltung eines Fahrrads erst steile Bergfahrten möglich macht, versetzen sogenannte GPUs in den modernen Supercomputern Bussmann in die Lage, derart komplexe Simulationen durchzurechnen. GPUs sind Grafikkarten, die zwar nicht unbe- dingt schneller als herkömmliche Prozessorchips (CPUs) sind. Aber Grafik- karten können sehr viele Rechenopera- tionen parallel durchführen, über 2.000 nebeneinander auf einer Karte. Dadurch ist man oft zehn Mal schneller. „Ein Vorteil ist auch, dass sich eine große Rechenleistung mit Grafik- karten energieeffizient und auf engem Raum konzentrieren lässt“, sagt Uwe Konrad, Leiter des Rechen- zentrums am HZDR, in dem mehrere Schränke voller Grafikkarten stehen. „Das eröffnet die Möglichkeit, einen Supercomputer nah an einem Experiment einzurichten, ohne dass man die umfangreichen Daten zur Auswertung erst in ein weit entferntes Rechenzentrum transportieren muss.“ Forschern jedenfalls ermöglichen Simulationen, das von ihnen betrachtete Phänomen in höchster Auflösung zu analysieren und dabei einzelne Bewegungen von allen Seiten und in 3D anschauen zu können – was im Falle des Nachwuchsgruppen- leiters Bussmann mit keinem Teleskop der Welt möglich wäre. „Das ist die Art, wie man Big-Data-Wissenschaft machen muss“, sagt er. „Aus einer riesigen Datenmenge jederzeit herausfiltern zu können, was wichtig ist.“ SIMULATION: „Sky-Map“ des Lichts, das Elektronen in astrophysikalischen Jets abstrahlen, wenn sie sich in den turbulenten Bereichen der Schicht zwischen Jet und umgebendem Gas bewegen. Kosmische Plasmajets, irdische Lösungen

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