Supercomputer simulieren virtuelle Welten

Schnelle Computer können virtuelle Welten simulieren, die für Menschen real nicht zugänglich sind. Die Faszination vieler Computerspiele beruht auf diesen Simulationstechniken, aber gleichzeitig findet von der Öffentlichkeit fast unbemerkt die größte Revolution der Wissenschaft seit Newton statt: Die Rechenleistung des schnellsten Computers hat sich in nur zehn Jahren vertausendfacht. Diese enorme Beschleunigung eröffnet neue Perspektiven für viele Wissensgebiete. Nur ein Bruchteil dieses Potentials wird bereits genutzt.

Vom 13. bis 17. Februar 2006 diskutieren internationale Wissenschaftler aus unterschiedlichen Bereichen auf einer Tagung des Internationalen Begegnungs- und Forschungszentrum für Informatik (IBFI) auf Schloss Dagstuhl die Herausforderungen und Möglichkeiten des kommenden Jahrzehnts für Hochleistungsrechner.

Dank der rasch wachsenden Rechenleistung und neuen, speziell für Supercomputer entwickelten Rechenverfahren können Simulationen die physikalische Realität immer genauer wiedergeben. Damit ist Simulation neben Experiment und Theorie zu der dritten Säule der Wissenschaft geworden, von deren Methoden die Astrophysik genau so profitiert wie Chemiker, die die Reaktionsmechanismen von Enzymen für medizinische Anwendungen erforschen. Im vergangenen Jahrzehnt ist deshalb das Gebiet „Computational Science und Engineering“ (Wissenschaftliches Rechnen in den Natur- und Ingenieurwissenschaften) als eigenständige neue Grundlagendisziplin entstanden. Dabei wirken Informatik und Mathematik zusammen, um komplexe Simulationsmodelle gemeinsam mit den Spezialisten aus den Fachdisziplinen wie der Physik, Chemie oder den Ingenieurwissenschaften zu erstellen.

Viele Simulationen erfordern einen enormen Rechenaufwand und deshalb den Einsatz von Supercomputern, die technologisch die Grenzen des Möglichen ausreizen. In nur zehn Jahren hat sich die Rechenleistung des schnellsten Computers vertausendfacht. Kein anderes Wissenschaftsgebiet kann derartige Fortschritte aufweisen. Autos fahren heute zum Beispiel keineswegs tausend mal schneller als vor zehn Jahren.

Damit ergibt sich für die Computational Sciences ein enormes Potential, das heute erst zu einem Bruchteil genutzt wird. Innerhalb des noch laufenden Jahrzehnts werden Computer verfügbar sein, die die unglaubliche Leistung von einer Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde ausführen können, also im „Petascale-Bereich“ arbeiten (peta = griech. Vorsilbe für Billiarde). Diese Computer werden mehrere hunderttausend Prozessoren haben. Nicht nur die Konstruktion, sondern auch die Programmierung dieser Giganten stellt die Informatik vor enorme Herausforderungen.

Während der Tagung auf Schloss Dagstuhl wird eine Gruppe international führender Vertreter des High-End-Computing (des Hochleistungsrechnens) die Herausforderungen und Möglichkeiten des kommenden Jahrzehnts diskutieren und Lösungen dazu entwickeln, mit denen die Petascale Computer für ein möglichst breites Spektrum von Wissenschaften nutzbar gemacht werden können.

Schloss Dagstuhl lädt das ganze Jahr über Wissenschaftler aus aller Welt ins Saarland ein, um über neueste Forschungsergebnisse in der Informatik zu diskutieren. Rund 2.500 Informatiker von Hochschulen, Forschungseinrichtungen und aus der Industrie nehmen jährlich an den wissenschaftlichen Veranstaltungen in Dagstuhl teil. Seit 2005 gehört Schloss Dagstuhl zur Leibniz-Gemeinschaft, in der führende außeruniversitäre Forschungsinstitute und wissenschaftliche Serviceeinrichtungen in Deutschland vertreten sind.