SUPERCOMPUTER
Mit Frontier die Jets aktiver Galaxienkerne erforschen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Hamburg
astronews.com
4. Januar 2023

Ein internationales Team mit Hamburger Beteiligung hat sich im Rahmen des INCITE-Programms des US-Energieministeriums erfolgreich für Rechenzeit auf Frontier beworben, dem derzeit schnellsten Supercomputer der Welt. Die Forschenden von der Hamburger Sternwarte wollen Plasma-Jets von aktiven Galaxienkernen simulieren, um mehr über deren Entwicklung zu erfahren.

Illustration von Jets, die aus der Nähe eines supermassereichen Schwarzen Lochs ausgehen. Bild:  Dr. Deovrat Prasad, Cardiff University  [Großansicht]

Jedes Jahr vergibt das US-Energieministerium Rechenzeit auf leistungsstarken Supercomputern, um Fortschritte in Wissenschaft und Technik zu unterstützen. Im vergangenen Jahr konnten sich 56 innovative computergestützte Wissenschaftsprojekte aus aller Welt über einen INCITE-Award freuen. Das Besondere an der im Dezember 2022 veröffentlichten Vergabe war die erstmalige Zuteilung von Rechenzeit auf Frontier, dem derzeit schnellsten Supercomputer der Welt, der sich in Oak Ridge im US-Bundesstaat Tennessee befindet und zehnmal schneller als die bisherigen Flaggschiffsysteme ist.

Frontier ist nicht nur der schnellste, sondern auch einer der energieeffizientesten Supercomputer der Welt und verfügt über eine Leistung von 1,1 ExaFLOPS (1,1 mal 10¹⁸ FLOPS). Aktuelle Hauptprozessoren für handelsübliche Desktop-Computer schaffen zum Vergleich 200 bis 400 GigaFLOPS (400 mal 10⁹ FLOPS). Mit FLOPS (Floating Point Operations Per Second) wird die Leistungsfähigkeit von Computern angegeben und die Anzahl der sogenannten Gleitkommazahl-Operationen (Additionen oder Multiplikationen) pro Sekunde beziffert.

Die Forschenden der Hamburger Sternwarte wollen mithilfe von Frontier verstehen, wie sich Galaxien entwickeln und selbst regulieren. Dazu wird das Team die Rückkopplung von Supernovae und Jets von supermassereichen Schwarzen Löchern auf das die Galaxien umgebende diffuse Plasma und umgekehrt simulieren und sich dabei insbesondere auf die massereichsten Galaxien im Universum konzentrieren. Dazu müssen verschiedenste Skalen in der Simulation gleichzeitig aufgelöst sein, was bislang so nicht möglich war.

Das Team wird zum ersten Mal die Möglichkeiten von Frontier voll ausschöpfen, um diese Selbstregulierung massereicher Galaxien in Gruppen und Haufen mit bislang unerreichtem Detailgrad zu untersuchen. "Unsere Simulationen werden für die Beobachtungen von Galaxien und ihrer Umgebung, dem theoretischen Verständnis über das Wachstum und die Entwicklung von Galaxienpopulationen im Laufe der kosmischen Zeit sowie ganz allgemein für die Astrophysikforschung von enormer Bedeutung sein", sagt Dr. Philipp Grete, Marie-Skłodowska-Curie-Fellow an der Hamburger Sternwarte in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Marcus Brüggen, und fährt fort: "Auf den mit Grafikkarten beschleunigten Knoten von Frontier läuft unser Code ca. 17 mal schneller als beispielsweise auf klassischen Knoten mit 80 CPU Kernen. Daher entspricht die Rechenzeit, die wir dafür auf Frontier erhalten haben, etwa der Jahreskapazität des gesamten HLRN Emmy Supercomputer Systems in Göttingen."

Das INCITE-Programm ist ein gemeinsames Projekt der Argonne Leadership Computing Facility und der Oak Ridge Leadership Computing Facility und soll innovative und neuartige wissenschaftliche Projekte durch Zugang zu leistungsstarken Supercomputern unterstützen. Das stark wettbewerbsorientierte INCITE-Bewerbungsverfahren steht allen Forschenden und Forschungseinrichtungen in der Welt offen, die ein rechenintensives Projekt haben. Über einen Zeitraum von vier Monaten werden die INCITE-Vorschläge von Peer-Review-Gremien bewertet, die sich aus internationalen Experten zusammensetzen, wobei jedes Gremium eine andere wissenschaftliche Disziplin vertritt.

Die Vorschläge werden auch auf technischer Ebene von den einzelnen Rechenzentren auf ihre Rechenleistung und die Skalierbarkeit des Projektcodes und der Algorithmen geprüft. Der INCITE-Ausschuss trifft seine endgültige Auswahl auf der Grundlage dieser Empfehlungen. 2022 erhielt der Ausschuss insgesamt 97 Vorschläge für alle vier vorhandenen Systeme.