Digitalisierung: Neuer Rechencluster in Betrieb

Bei Digitalisierung ist oftmals von einem Querschnittsthema die Rede, für das an Universitäten Synergien genutzt werden sollen. Wie so etwas aussehen kann, zeigt ein Gemeinschaftsprojekt, das von dem Institut für Technische Chemie und dem Simulationswissenschaftlichen Zentrum (SWZ) an der TU Clausthal initiiert worden ist. Ein halbes Dutzend Institute und Einrichtungen nutzen mittlerweile im Verbund einen leistungsstarken zentralen Compute-Server. Weitere Nutzer sind im gerade gestarteten Verbund willkommen.

„Gegenüber den früheren Insellösungen ist diese gemeinsame Anschaffung im Wert von etwa 25.000 Euro und die gemeinsame Nutzung ein echtes Novum“, beschreibt SWZ-Geschäftsführer Dr. Alexander Herzog das interdisziplinäre Projekt. Neben dem Forschungszentrum beteiligen sich daran die Institute für Technische Chemie, für Physikalische Chemie und das Rechenzentrum.

Der neue Verbund-CPU-Cluster mit insgesamt 192 logischen CPU-Kernen und 2,5 Terabyte Arbeitsspeicher läuft inzwischen im Regelbetrieb. Damit ist allein der Arbeitsspeicher ungefähr zehn Mal so groß, wie bei vielen Desktoprechnern der gesamte Festspeicher. Das neue Angebot kommt beispielsweise Juniorprofessorin Nina Gunkelmann, stellvertretende SWZ-Vorsitzende, zugute bei ihrer Forschung auf dem Gebiet der Materialsimulation. Genauer gesagt geht es um Molekulardynamik- und Diskrete-Elemente-Simulationen von heterogenen Materialien, um deren Eigenschaften unter Belastung zu bestimmen.

Seitens der Chemie sind Dr. Marco Drache und Professor Diethelm Johannsmann momentan die maßgeblichen Nutzer. Im Institut für Physikalische Chemie wird eine Verschiebung der Resonanzfrequenz von akustischen Sensoren in Kontakt mit Adsorbaten aus einer Flüssigkeit berechnet und im Institut für Technische Chemie werden kinetische Monte-Carlo-Simulationen zur Modellierung von industriell relevanten Polymerisationsreaktionen eingesetzt. Die Simulationsprogramme wurden in den Arbeitsgruppen entwickelt und können durch Parallelisierung die Ressourcen des Rechenclusters optimal nutzen. Bei der kinetischen Monte-Carlo-Simulation wird sehr viel Arbeitsspeicher benötigt, da die Mikroarchitektur vieler Millionen diskreter Polymerketten bilanziert wird. Diese Informationen sind analytisch schwer zugänglich, haben allerdings einen signifikanten Einfluss auf die Produkteigenschaften.

Als erster neuer, nicht bei der Anschaffung beteiligter Nutzer ist Professor Rüdiger Ehlers (Institut für Software and Systems Engineering) in den Verbund eingestiegen. „Wir untersuchen maschinell gelernte Modelle daraufhin, wie schwierig deren Korrektheit nachzuweisen ist. Dabei entwickeln und testen wir eine Vielzahl neuer Techniken für solche Korrektheitsnachweise“, erläutert Ehlers. Die anfallenden Berechnungsprobleme seien speicherintensiv und von langer Berechnungsdauer.

Der CPU-Cluster besteht intern aus drei auch individuell nutzbaren Teilsystemen. Eines davon steht auch Studierenden als Anwendungsserver für Rechenaufgaben im Zusammenhang mit Abschlussarbeiten und Forschungsvorhaben zur Verfügung und hat den mittlerweile mehr als fünf Jahre alten, für sämtliche TU-Angehörigen zugänglichen Anwendungsserver des Rechenzentrums ersetzt.

„Diese Art der Zusammenarbeit ist genau das, was sich das SWZ bei der Initiierung des Projektes gewünscht hat: Jeder trägt – sofern er kann – etwas zu dem Gerät bei und alle haben dadurch insgesamt mehr“, so Herzog. Auf dieser Basis soll demnächst ein deutlich größeres System, welches seine Rechenleistung vorwiegend aus GPUs zieht, beantragt werden. Dieses Gerät wird dann primär für Numerik-Berechnungen und solche im Bereich der Künstlichen Intelligenz vorgesehen sein.