Die Supercomputing-Infrastruktur am CSCS (Nationales Hochleistungsrechenzentrum) im Tessin wird nachhaltig als wissenschaftliches Nutzerlabor betrieben. Damit setzt die ETH Zürich am CSCS die nationale Hochleistungsrechnen- und Vernetzungsstrategie (HPCN-Strategie) des ETH-Rats im Auftrag des Bundes fortlaufend um.

Knochenimplantat bei Osteoporose: Der derzeitige Supercomputer des CSCS simuliert, wie sich die Belastung eines Implantats auf das Knochengewebe auswirkt, und liefert dadurch neue Erkenntnisse für die Implantat-Entwicklung. (Bild: Institut für Biomechanik, ETH Zürich)

Hochleistungsrechnen (High Performance Computing, HPC) ist eine Schlüsseltechnologie für Wissenschaft und Wirtschaft. Sie ergänzt Theorie und Experiment und ermöglicht neue Ansätze für komplexe Forschungsfragen. Für die Schweiz entwickelte der ETH-Rat im Auftrag des Bundes 2007 die nationale HPCN-Strategie. Nach Beschlüssen von Bundesrat und Parlament waren die ersten beiden Phasen (2009–2012, 2013–2016) mit insgesamt 172,5 Mio. CHF breit abgestützt. Die HPCN-Strategie befindet sich nun bereits in ihrer dritten Phase, die von 2017–2020 andauert.

Dritte Phase (2017–2020): Vorbereitung auf Exascale-Ära

Bereits heute wird am CSCS und in der Schweiz im Hinblick auf die kommende Exascale-Ära – die bis 2020 erwartet wird – geplant. Exascale-Rechner können dereinst Milliarden mal Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde durchführen. In der dritten Phase 2017–2020 der HPCN-Strategie werden deshalb vor allem die Codeentwicklung und deren Optimierung vorangetrieben, damit künftige Rechnerarchitekturen noch besser ausgenutzt werden können und zugleich energieeffizient bleiben. Hierfür stehen 12 Mio. CHF zur Verfügung, für die nächste Hardware-Generation voraussichtlich 80 Mio. CHF.

Erfolgreiche Umsetzung der ersten beiden Phasen

In den ersten beiden Phasen der HPCN-Strategie hat das CSCS unter Obhut der ETH Zürich eine Infrastruktur aufgebaut, die es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern erlaubt mit Hilfe von Computersimulationen in der Schweiz auf höchstem Niveau zu forschen. Da sich die Rechnerleistung aufgrund neuer Technologien und die Energieeffizienz der Supercomputer fortlaufend und exponentiell verbessern, mussten von Beginn an bestehende Supercomputer-Infrastrukturen kontinuierlich angepasst und nachgerüstet oder erneuert werden. Für das CSCS User Lab bedeutet das jährliche Investitionskosten von rund 20 Mio. CHF. Denselben Betrag investiert die ETH Zürich jährlich in die operativen Kosten.

Um jeweils die kosten- und energieeffizientesten Rechnerarchitekturen einsetzen zu können, wurde bereits von Anfang an in die Erneuerung der Anwendercodes investiert. Dafür standen bisher jährlich 3 Mio. CHF zur Verfügung, noch einmal so viel steuerten die beteiligten Forschergruppen bei. Zunächst wurden diese Projekte im Rahmen der Swiss Platform for High-Performance and High-Productivity Computing (HP2C) durchgeführt. HP2C wurde dann im Sommer 2013 von der Platform for Advanced Scientific Computing (PASC) abgelöst, bei der das CSCS mit Hardwareherstellern, Forschenden, Entwicklern von Applikationssoftware, Mathematikerinnen und Informatikern eng zusammenarbeitet. Aus HP2C und PASC ging nicht nur eine jährliche Konferenz hervor, die in der Zwischenzeit über Europa hinaus bekannt ist und rund 400 Teilnehmer verzeichnet. Es etablierte sich vor allem ein Netzwerk an Kooperationen, sowohl schweizweit wie auch über die Grenzen hinaus.

International vernetzt

Im Zuge der HPCN-Strategie hat sich die Schweiz mit dem CSCS im internationalen Umfeld des High Performance Computing etabliert. Seit 2007 ist das CSCS Mitglied im europäischen Verbund PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) und seit Ende 2016 nun auch Hosting Member mit seinem Flaggschiff-Supercomputer. Dieser weist derzeit eine Spitzenleistung von über 25 Petaflops auf (Stand Frühjahr 2017). Die Mitgliedschaft in PRACE ermöglicht unter anderem Schweizer Forschenden Zugang zu unterschiedlichen europäischen Systemen, aber auch Forschenden aus Europa Zugang zu «Piz Daint».