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Jörg Lücke

Laura Lukassen

Thorsten Klüner

22. März 2022   050/22    Forschung

Rechenpower für die Forschung der Zukunft: Universität erhält neue Hochleistungsrechner

Oldenburg. Sie bringen enorme Rechenleistung für komplexe Forschungsvorhaben: Zwei neue Hochleistungsrechner ergänzen in Zukunft die Forschungsinfrastruktur der Universität Oldenburg.  Einen Rechner – beantragt von Chemiker Prof. Dr. Thorsten Klüner und Prof. Dr. Jörg Lücke, Professor für Maschinelles Lernen – finanzieren die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und das Land Niedersachsen mit insgesamt 2,4 Millionen Euro. Eine Vielzahl an Forschenden aus mehr als 50 Arbeitsgruppen kann künftig diese neuen Kapazitäten nutzen. Ein weiterer Rechner geht auf einen Antrag der Windforscherin Prof. Dr. Laura Lukassen zurück. Das Niedersächsische Wissenschaftsministerium (MWK) fördert das Vorhaben mit rund 1,5 Millionen Euro. Diese Förderung wurde durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie finanziert. Zudem ist eine Erweiterung des Rechners beim Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) beantragt.

„Wir freuen uns sehr über die neuen Geräte. Sie sind ein großer Gewinn für unsere interdisziplinäre Arbeit“, sagt Klüner, Leiter der Arbeitsgruppe Theoretische Chemie, der neben vielen weiteren Arbeitsgruppen die neue Rechenleistung zugutekommen wird. Klüner und sein Team nutzen die Kapazitäten unter anderem für das Verbundprojekt ECatPEMFCplus. Ziel des Projekts ist es, die Lebensdauer von Brennstoffzellen für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge zu erhöhen. Die bisher verwendeten Brennstoffzellen altern schnell, da der rasche Wechsel zwischen Bremsen und Beschleunigen oder das Starten bei niedrigen Temperaturen die Verfügbarkeit des Wasserstoffs senken. Ist die Brennstoffzelle nur unzureichend mit Wasserstoff versorgt, kann es zu einer sprunghaften Spannungsumkehr kommen. Eine Nebenreaktion, die sogenannte Sauerstoffevolution, soll das verhindern. Hier kommen die neuen Rechenkapazitäten ins Spiel: Enthalten bisherige Brennstoffzellen einen zweiten Katalysator, der diese Nebenreaktion steuert, so wollen die Forschenden im Verbundprojekt ein „Single-Materialsystem“ entwickeln, das Energiegewinnung und Nebenreaktion in einem einzigen Katalysator vereint. Die Ressourcen des neuen Hochleistungsrechners werden genutzt, um die genaue Funktionsweise dieser neuartigen Katalysatoren vorhersagen zu können.

Auch die Arbeitsgruppe Machine Learning unter der Leitung von Prof. Dr. Jörg Lücke benötigt die neue Rechenleistung – beispielsweise für akustische Signale oder mikroskopische Aufnahmen. Bei Anwendungen des Maschinellen Lernens ermöglicht der Rechencluster dann modernste Methoden zur Datenanalyse und Datenverbesserung. In Zusammenarbeit mit weiteren Arbeitsgruppen im Projekt HAPPAA entfernen die Forschenden beispielsweise das Rauschen oder andere Störgeräusche in akustischen Daten. Das Projekt SPAplus nutzt die Rechenleistung, um Details in mikroskopischen Aufnahmen darzustellen, die sonst in den oft stark verrauschten Originalaufnahmen verborgen bleiben. Beispiele dafür sind Aufnahmen von Coronaviren, die eine Zelle infizieren, oder Bilder von Lungengewebe für die medizinische Forschung.

Den zweiten Rechner wird ausschließlich ForWind nutzen, das gemeinsame Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen. Numerische Simulationen bilden neben Freifeld-Messungen und Laborexperimenten eine wichtige Säule bei aktuellen Forschungsfragen, um ein umfassendes Verständnis der turbulenten Windverhältnisse und ihrer Interaktion mit Windenergiesystemen zu erreichen. Der neue Hochleistungsrechner soll unterschiedliche Modellierungs- und Simulationsmethoden gewinnbringend miteinander verknüpfen, um so physikalische Eigenschaften der Windströmung noch präziser abbilden zu können – sowohl im Hinblick auf einzelne Windenergieanlagen als auch ganze Windparks. „Hochleistungsrechner der neuesten Generation erlauben es uns, die komplexen Simulationen in der Windenergieforschung mit Methoden der Künstlichen Intelligenz zu kombinieren“, sagt Lukassen, Juniorprofessorin für numerische Fluiddynamik mit dem Schwerpunkt Windphysik. Insgesamt sollen die geplanten Arbeiten den Entwurf von Windenergieanlagen beschleunigen und diese im Betrieb digital überwachen helfen.

Die neuen Großrechner werden die bisherigen Systeme CARL und EDDY ersetzen. Sie gehörten bei ihrer Inbetriebnahme im Jahr 2016 mit 457.200.000.000.000 Rechenoperationen pro Sekunde (457,2 TFlop/s) zu den schnellsten Rechenclustern für die universitäre Forschung in Deutschland. Aufgrund der technischen Weiterentwicklung im Hochleistungsrechnen wird die Rechenleistung der neuen Systeme nun um ein Vielfaches größer ausfallen und damit auch in den nächsten Jahren dem stetig steigenden Bedarf an Rechenleistung für die Forschung an der Universität gewachsen sein.

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Bilder

  

Die bisherigen Hochleistungsrechner CARL und EDDY werden demnächst ersetzt. Foto: Universität Oldenburg

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Kontakt

Dr. Stefan Harfst, E-Mail:

(Stand: 20.04.2022)