Windsimulationen und Biene Maja in 3D

Im Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart können Firmen Rechenzeit mieten

Es ist leise in den langen Gängen des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS). Die ersten Angestellten treffen ein. Die Büros haben meist weiße Wände, sie wirken beinahe steril. Im Rechnerraum ist es warm. Die Ventilatoren lärmen so sehr, dass man sich nur schwer verständigen kann. Die Rechner selbst sind nur Schränke mit vielen kleinen LEDs, die aufgeregt blinken. Also keine Stimme durch Lautsprecher wie "J.A.R.V.I.S." in "Iron Man" oder ein Kind, das durch sein Alter die Rechenleistung visualisiert, wie das "Skynet" in "Terminator Genisys". Rechner gibt es im HLRS etliche. Der schnellste, genannt "Hazel Hen", bringt es auf 7,42 PetaFLOPS im Leistungstest. So viel Rechenleistung kann man sich nur schwer vorstellen. "Acht Milliarden Menschen, die 40 Stunden pro Woche arbeiten, würden 20 Monate für das brauchen, was der Computer in einer Sekunde rechnet", erklärt Michael Resch, ein großer Mann mit einem leichten österreichischen Akzent. Er ist der Direktor des HLRS, einer Einrichtung der Universität Stuttgart. "Ich wurde in meine Position als Professor für Höchstleistungsrechnen und Direktor des HLRS von der University of Houston an die Universität Stuttgart berufen. Meine Ausbildung umfasst ein Studium der technischen Mathematik mit Vertiefungen in Informations- und Datenverarbeitung sowie Wirtschafts- und Planungsmathematik. Ich habe in den Ingenieurwissenschaften promoviert", erklärt Resch. Die Rechner werden ausschließlich für Simulationen genutzt. Firmen können sich Rechenzeit auf den Rechnern mieten, um ihre Berechnungen zu machen. Große Einsatzgebiete sind der Autobau oder das Ingenieurwesen, um die Sicherheit und den Bau von Gebäuden zu verbessern. So beim thyssenkrupp Testturm bei Rottweil, der 246 Meter hoch ist und dem Test neuer Aufzüge dient. Hier wurde eine Simulation des Windes berechnet, damit sichergestellt werden kann, dass der Turm nicht durch Luftströmungen in Schwingung versetzt wird, wodurch er im schlimmsten Fall sogar einstürzen könnte.

"Bauen Sie genug Prozessoren in ein Cluster, und Sie haben einen Supercomputer", sagt Michael Resch. Mehr sei es heutzutage nicht mehr. "Es geht nicht mehr primär darum, dass die Bauteile leistungsfähiger werden, sondern dass immer mehr gleichartige Bauteile zusammengeschaltet werden." Somit ist auch das Ausfallrisiko gering. Abgesehen von einem Notfall wie zum Beispiel einem totalen Stromausfall oder einem Brand können die Rechner in ihrer Arbeit nicht beeinträchtigt werden. Wenige Male kommt es vor, dass durch einen Ausfall der gesamte Rechner heruntergefahren werden muss. Wesentlich öfter können einzelne Teile, wie Prozessoren oder Festplatten, ausfallen. Sie werden dann einzeln ersetzt.

In einem dunklen Raum mit schwarzen Wänden befindet sich das Visualisierungszentrum des HLRS, die sogenannte CAVE. Dort können Simulationen und Modelle aller Art angezeigt werden. Ein modifizierter Presenter mit kleinen angebauten Antennen liegt auf dem Tisch, die "Fernbedienung" der CAVE. Es gibt Brillen mit angebauten Antennen: Es sind 3D-Brillen, um die Projektionen räumlich sehen zu können. Die Antennen dienen dafür, die Position und Ausrichtung des Objekts in der CAVE zu erkennen. Dies wird mit Hilfe von Kameras, die in den Ecken angebracht sind, erreicht. Das eigentliche Bild, das durch die 3D-Brille wahrgenommen wird, projizieren fünf Projektoren an die Wände, den Boden und die Decke. Je nachdem wo sich der Betrachter befindet, berechnet der Computer einen anderen Blickwinkel und projiziert dementsprechend das Modell.

Vor einigen Jahren ließ die Firma M.A.R.K.13 den Film "Biene Maja" in 3D berechnen. "Dafür musste jedes Bild zweimal berechnet werden. Einmal für die Perspektive des linken und einmal für die des rechten Auges. Die Rechendauer hierfür variiert je nachdem, was im Hintergrund passiert oder wie detailreich die Szene ist. Im Durchschnitt lag die Rechendauer je Bild bei rund zwei Stunden. Die genauen Kosten dafür sind nicht bekannt, da M.A.R.K.13 auch andere Dinge am HLRS gerechnet hat, wir gehen aber von circa 100 000 Euro aus."

Die Rechner haben eine Leistungsaufnahme von 3,1 Megawatt. Die Stromversorgung muss unterbrechungsfrei gewährleistet sein, da sonst die Hardware beschädigt werden kann. Für die Kühlung wird eine Kombination aus Wasser und Luft verwendet. Derzeit versorgen der Kaltwassergenerator der Universität Stuttgart und die Kühleinheiten im Nebengebäude die Rechner mit Kühlwasser.

"Es ist schon beinahe ironisch", grinst Resch, als er folgende Geschichte erzählt. "Nachdem die Putzfrau, am Internationalen Tag der Putzfrau, den Rechnerraum geputzt hatte und ihn durch die Kellertür verlassen wollte, stellte sie fest, dass diese verschlossen war. Der Hausmeister hatte vergessen, sie aufzuschließen. Die Putzfrau hätte mehrere Alternativen gehabt, den Raum zu verlassen, durch die Zugangsschleuse, durch die sie gekommen war, oder die Tür im Stockwerk unter ihr, sie hätte sogar den Öffnungshebel an der Kellertür benutzen können. Sie entschied sich aber dafür, den Auslöser für die Löschanlage zu drücken. Normalerweise ist das System so programmiert, dass die Klimaanlage abgeschaltet wird, sobald die Löschanlage ausgelöst wird. Allerdings wurde die Klimaanlage, aufgrund eines Programmierfehlers im Löschsystem, nicht abgeschaltet und verteilte das Sprühwasser. Der Schaden an den Rechnern belief sich auf rund 100 000 Euro."

Informationen zum Beitrag

Titel
Windsimulationen und Biene Maja in 3D
Autor
Niels Heidbrink
Schule
Otto-Hahn-Gymnasium , Böblingen
Quelle
Frankfurter Allgemeine Zeitung, 05.02.2018, Nr. 30, S. 30
Projekt
Jugend schreibt
Kategorie
Print

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