LRZ-Newsletter Nr. 08/2019 vom 01.08.2019

Unsere Themen:

Aktuelles

LRZ bereit für bayerische Quantentechnologie

Bei bestimmten Aufgaben deutlich schneller als aktuelle Höchstleistungsrechner: Quantencomputer sind ein Modell für die Zukunft der Informationstechnik. IBM hat gerade mit seinem Q System One ein erstes Modell präsentiert, marktreif ist dieses aber noch lange nicht. Trotzdem treibt das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) dieses Zukunftsthema voran: In Garching traf sich Ende Juli erstmals die Quantum Computer User Group, die Wissen, Forschung und Aktivitäten in Forschung und Wirtschaft bündeln und das Zukunftsthema für Bayern vorantreiben wird: «Bayern soll eine führende Rolle in der Quantentechnologie spielen, und es gibt noch zu viele offene Fragen um die Quantentechnologie. Um sie zu beantworten, bringen wir jetzt in der Arbeitsgruppe unterschiedlichste Spezialisten zusammen», sagt Laura Schulz, die Verantwortliche für die strategische Entwicklung des LRZ und Initiatorin des Zirkels. Positiver Nebeneffekt: Die Arbeit am und mit dem Höchstleistungscomputer SuperMUC-NG wird von der Quantum Computer User Group ebenfalls profitieren, denn viele Herausforderungen der Quantentechnik ähneln sich mit denen von Höchstleistungscomputern.

Konzertierte Aktion aus Forschung und Wirtschaft

Zur Premiere kamen in der Quantum Computer User Group Vertreter der Technischen-, der Ludwig-Maximilians-Universität, der Universität der Bundeswehr, München, und der Technischen Hochschule Deggendorf mit Spezialisten von Unternehmen wie IBM, Intel oder BMW zusammen, die ebenfalls an Quantentechnologien arbeiten. Die Gruppe will sich künftig einmal im Monat, jeden zweiten Mittwoch, treffen. Forscher, Studenten, Spezialisten aus der Industrie, die sich mit Quantencomputing beschäftigen (wollen), sind willkommen: «Der zentrale Punkt ist jetzt Information und Austausch, um Forschung zu beschleunigen und die Technik zu verbessern», erklärt Luigi Iapichino, promovierter Astrophysiker und Teamleiter Quantencomputing. «Wir diskutieren Hardware- und Software-Lösungen für Quantencomputer und planen Workshops, Trainings und Vorlesungen rund um die Technik.» Beim ersten Treffen synchronisierten die Teilnehmenden ihr Wissen über Aufgaben und Projekte und öffneten Mailinglisten und andere Kommunikationskanäle.

Potenzierte Rechenkraft durch Quantentechnik

Ähnlich wie die heute verfügbaren Höchstleistungsrechner liefern Quantencomputer die Rechenkapazitäten, die zur Entwicklung von künstlicher Intelligenz oder von datenlastigen Aufgaben beitragen. Während aber der SuperMUC-NG noch auf der Basis von Bits und dem dualen System von 0 und 1 arbeitet und in kürzester Zeit Milliarden von Rechnungen oder logische Verknüpfungen schafft, nutzen Quantencomputer nicht nur 0 und 1 sondern auch deren Verbindungen 10 und 11. So können sie mehrere Rechenwege parallel einschlagen. Das macht sie bei bestimmten Aufgaben schneller, insbesondere, wenn es um die Verarbeitung von Daten geht. Steht die Quanten-Hardware einmal zur Verfügung, so die Hoffnung, werden spezielle Algorithmen komplexe Aufgaben und unübersichtliche Datensilos schneller ordnen können als traditionelle.

Studenten, Forscher, Mitmacher gesucht

Allerdings: Noch ist die Rechenleistung von Quantencomputern flüchtig, unzuverlässig, kaum zu standardisieren. Industrie und Forschung testen optische und mechanische Verfahren, um sie nutzbar zu machen. Trotzdem arbeiten nicht nur Informatiker der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich schon an ersten Softwareprogrammen und Bibliotheken. Auch die Quantum Computer User Group am LRZ wird sich Hardware- und Software-Fragen widmen und entsprechende Projekte bündeln und weiter forcieren. Vor allem aber will sie künftige Nutzer der Turbocomputer befähigen, mit diesen zu forschen und zu arbeiten. Die nächsten Treffen sind bereits in Vorbereitung: Jeden zweiten Mittwoch im Monat wird sich die Quantum Computer User Group treffen, das nächste Mail am 14. August 2019. Wer sich für Quantencomputer interessiert oder sich damit intensiver beschäftigen will, ist eingeladen. Kontakt: <Luigi.Iapichino@lrz.de>. Neben Wissen locken wertvolle Kontakte.

Autorin: S. Vieser

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Umwelt begreifbar machen

Wer mit seinem Smartphone durchs Thalhamer Moos zwischen Weidenbach und Schwindegg im Landkreis Mühldorf streift, wird bald mehr erleben können: Kiebitze beobachten im Moor, ihren hohen Schrei hören und Bekassinen beim Baden zuschauen. Eine App, die gerade in Zusammenarbeit mit der Wildland-Stiftung Bayern am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) entwickelt wird, bringt die scheuen Vögel auf die Bildschirme ihrer mobilen Geräte, wenn sie damit ihre Umgebung betrachten: «Der Kiebitz und die Bekassinen sind vom Aussterben bedroht. Mit Hilfe von Augmented Reality können wir sie in ihrem Lebensraum zeigen, ohne sie stören zu müssen. So schaffen wir Bewusstsein für den Artenschutz», sagt Lea Weil, App- und Spezialistin für Augmented Reality (AR) vom LRZ. «Mit der App sollen Besucher durchs Moor gelenkt und informiert, gleichzeitig Ruhezonen geschützt werden.» Dass der zukünftige Moos-Wanderer nach dem Ausflug mit der App noch Bachnelkenwurz und Wiesenknopf setzen und mit diesen Moorpflanzen Büro oder Klassenraum virtuell verschönern kann, ist nicht nur Spielerei: So bleibt der Ausflug ins Thalhamer Moos in Erinnerung, es wird davon erzählt – und mehr Menschen werden sich hoffentlich die bezaubernd-wilde Moorlandschaft anschauen.

Zusammenhänge in der Natur zeigen

Das Szenario im Thalhamer Moos ist nur ein Beispiel dafür, wie Augmented, Virtual und Mixed Reality (AR/VR/XR) unsere Sicht auf die Umwelt verändern und das Verständnis für den Klimawandel und dessen Folgen wecken oder vertiefen: Macht AR scheue, seltene, oft unsichtbare Tiere oder Pflanzen virtuell in ihrer Umgebung sichtbar, helfen Simulationen und Visualisierungen Naturphänomene zu begreifen und zu untersuchen. Sie zeigen beispielsweise Bewegungen im Erdmantel, die Vorgänge in der Plattentektonik und damit wie die Kontinente entstanden sind. Sie lassen zudem sichtbar werden, was hinter trockenen Zahlen wie Regen- und Wetterdaten steckt – nämlich, dass auch in Bayern Extremwetterlagen wie Überschwemmungen zu erwarten sind, die das Ausmaß bisheriger Naturkatastrophen um ein Vielfaches übersteigen. «AR, VR und gemeinsam als XR klären auf, helfen bei der Forschung und auch bei Design, Entwicklung und Produktion», sagt Elisabeth Mayer, VR-Expertin am LRZ. «Durch die Zusammenarbeit von Visualisierungsexpertinnen und Wissenschaftlerinnen entstehen Anwendungen, die helfen das Unsichtbare sichtbar zu machen.»

Riesige Datenmengen und hohe Rechenleistung

Die Visualisierungen bauen meist auf großen Datenmengen auf – auf statistischen Daten, Tausenden von Fotos, Filmen, und Zeichnungen. Für die Datenaufbereitung und Darstellung sind folglich enorme Rechen- und Programmierleistungen nötig: Arbeiten, auf die sich im LRZ seit 2012 ein eigenes Team spezialisiert hat. Das Zentrum für Virtuelle Realität und Visualisierung (V2C) setzt komplexe Sachverhalte in künstliche, virtuelle Welten um und hilft damit Wissenschaftlern bei der Verarbeitung und Darstellung ihrer Forschungsergebnisse. Einen Einblick in die Arbeiten präsentierten Lea Weil und Elisabeth Mayer Mitte Juli auf dem TechCheck19-Kongress des Zukunftsrats der Bayerischen Wirtschaft: «Nur ein Smartphone oder Tablet sind nötig, um AR-Inhalte in unsere Umgebung integrieren und betrachten zu können – das fasziniert alle», berichtet Weil. «Das Interesse an unserer Arbeit ist sehr groß, gerade der Fokus auf die Entwicklung von Apps und AR-Anwendungen für Wissenschaft und Forschung.» Neugierige Besuchergruppen können sich für Führungen durch das V2C und die Head-Mounted-Display-Labs (HMD) anmelden.

Visualisierung in Kommunikation und Wissenschaft

Beide XR-Expertinnen haben Kunst und Multimedia mit Nebenfach Medieninformatik an der Ludwig-Maximilians-Universität München studiert. In ihrem Team entwickeln sie nicht nur die großen und kleinen 3D-Modelle für Smartphone, HMD und CAVE Anwendungen, sie erforschen am LRZ außerdem deren Wirkung: Während sich Weil dem Einsatz von AR in der Umweltkommunikation und -bildung widmet und untersucht, wie moderne Technologien das Umweltbewusstsein der Bevölkerung fördern können, beschäftigt sich Mayer mit dem Einsatz von Game Engines für wissenschaftliche Visualisierungen. Diese Frameworks, die bei der Entwicklung von Computerspielen eingesetzt werden, werden jetzt auch am LRZ eingesetzt, um Visualisierungen zu entwerfen, neue Darstellungs- und Interaktionsmöglichkeiten zu eröffnen und dabei den Entwicklungsaufwand zu reduzieren: «Bei AR werden computergenerierte Inhalte in der realen Welt integriert, VR macht es möglich, in virtuelle Welten einzutauchen», erklärt Mayer. «Solche Anwendungen dienen nicht nur den Forschern zur Darstellung und Analyse ihrer Forschungsinhalte, sie ermöglichen außerdem eine effektive Kommunikation mit der Öffentlichkeit.»

Autorin: S. Vieser

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Medizinische Muster erkennen

Wenn's um Herz und Hirn geht, muss es schnell gehen in der Medizin. Noch besser wäre, wenn jeder abschätzen kann, wie hoch das persönliche Risiko eines Schlaganfalls, Infarkts oder einer Herzerkrankung wäre: Das ist das Ziel des Forschungs-Projektes DigiMed, das vom Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) als technischer Dienstleister, Spezialist für Datenverarbeitung und als Forschungspartner begleitet wird und für das der Freistaat Bayern gerade 22,5 Millionen Euro an Fördergeldern bewilligt hat.

14 Institutionen kooperieren für DigiMed

DigiMed ist ein Pilotprojekt, mit dem Bayern die Gesundheitsversorgung seiner Bevölkerung und die Prävention von Herzkrankheiten und Durchblutungsstörungen verbessern will. Unter der Federführung von Deutschem Herzzentrum und Deutscher Herzstiftung arbeiten neben dem LRZ weitere 13 Universitätsinstitute und Organisationen aus den Bereichen Medizin, Sport, Informatik, Politik, Theologie und Recht zusammen. Ziel bis 2023 ist, klinische Diagnose- und Therapiedaten sowie Blut- und Gewebeproben von zehntausenden Patienten zu erheben, anonymisieren, verarbeiten und auszuwerten. Das Leibniz-Rechenzentrum stellt dafür digitale Infrastruktur und Rechenleistung zur Verfügung, unterstützt bei der Speicherung der Daten und entwickelt mit den Wissenschaftlern des Lehrstuhls Informatik an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) die Analysetools. In den Daten vermuten die Spezialisten Muster, mit denen Herzerkrankungen und Durchblutungsstörungen leichter bestimmt und Infarkte, Schlaganfälle oder genetische Anfälligkeiten besser vorhergesagt und effizienter therapiert werden können.

Informieren und Vorsorgen

DigiMed (PDF: 2 S., 135 KB) ist das erste Pilotprojekt im medizinischen Bereich, außerdem Teil der Digitalisierungsoffensive "Bayern Digital" des Freistaates. Fernziel von DigiMed könnten Informationsplattformen rund um Herz- und Durchblutungsstörungen sein oder webbasierte Prognose-Instrumente für Ärzte und Patienten.

Autorin: S. Vieser

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Messen und Optimieren

Strom sparen mit Daten: Etwa fünf Megawatt Strom verbraucht das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ), bis zu vier davon fließen in den SuperMUC-NG. Damit sie möglichst effizient verwendet werden, wird jetzt genauer beobachtet, wie die High-Performance-Computer (HPC) rechnen und wieviel Strom die darauf laufenden Anwendungen benötigen. DataCenter DataBase (DCDB) heißt eine Monitoring-Lösung, die am LRZ entwickelt wurde.

Eine Anwendung vor der Nutzung optimieren

Neben Gebäudeinfrastrukturdaten wie Wassertemperatur oder Stromverbrauch sammelt die Open-Source-Software, die möglichst noch in weiteren Höchstleistungsrechnern zum Einsatz kommen soll, Informationen direkt von Bestandteilen des SuperMUC-NG wie etwa Prozessoren, Netzwerkkarten, oder Speichersystemen sowie Betriebssystem, Bibliotheken und Programmen oder Anwendungen. «Wenn wir wissen, welche Komponenten die Applikationen wie nutzen, können wir anfangen, die Ausführung dieser Programme zu optimieren und so die Effizienz des Computers steigern», meint Michael Ott, promovierter Informatiker, der mit Mitarbeitenden das Monitoring-Tool DCDB entwickelt hat und der seit Kurzem in der international besetzten Arbeitsgruppe für energieeffizientes Hochleistungsrechnen (EE HPC WG) das Team für Datenanalyse leitet. «Der heilige Gral bei der Optimierung des Betriebs eines Höchstleistungsrechners wäre, die Eigenschaften einer Anwendung zu kennen, bevor sie überhaupt genutzt wird.»

Rechenzeiten effizienter nutzen

Ziel ist, die Leistung von Superrechnern besser zu koordinieren und damit den Energieverbrauch von Applikationen zu reduzieren, ohne sie einzubremsen. Das Problem: Sie greifen gleichzeitig auf diverse Programme und Codes zurück, die meisten sind nicht standardisiert und wurden von Wissenschaftlern programmiert. Am Leibniz-Rechenzentrum bekommen Forscher jeweils bis zu 48 Stunden Rechenzeit, um riesigste Datenmengen analysieren zu lassen oder daraus Simulationen und Modelle zu erstellen. «Wissenschaftler wollen mit der Rechenzeit ihre Forschungsfragen lösen. Das Optimieren der Laufzeit oder die Reduktion des Energieverbrauchs ist für sie eher nachrangig», so Ott. Wenn aber Rechenzentren wie das LRZ verstehen, welche Codes und Programme effizient arbeiten und welche nicht, könnten sie ihre Nutzer dabei unterstützen, Anwendungen zu verbessern. Außerdem könnten sie mit diesem Wissen noch effizientere Komponenten für ihre Super-Maschinen entwickeln und aufbauen lassen.

Stromverbrauch von Bibliotheken

Das aber ist Zukunftsmusik. Noch fehlt das Detailwissen über die Maschinen und ihre Arbeit. «Die Daten, mit denen die Rechenzeit von Anwendungen geschätzt und der Job-Mix für die Maschine geplant wird, sind bisher unzuverlässig», stellt Ott fest. Er betreut eine Masterarbeit, die untersucht, welche Anwendungen welche Bibliotheken einsetzen und wieviel Rechenzeit diese dabei verbrauchen – eine Analyse, die auch DCDB verbessern würde. Denn sie hilft, den Einsatz von Bibliotheken auf dem SuperMUC-NG und anderen Höchstleistungsrechnern effizienter zu planen – und Strom beim Rechnen zu sparen: ein Schritt mehr in Richtung heiliger Gral der Energie-Effizienz.

Autorin: S. Vieser

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Termine, Kurse und Veranstaltungen

Firewall: Einführungskurs am LRZ

Der Einführungskurs über die virtuellen Firewalls (pfsense) und deren Bedienung findet am 19.September 2019 am LRZ in Garching bei München statt. Anmeldung und Infos zum Kurs unter: www.lrz.de/services/schulung/kurse-allgemein/

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Iterative Gleichungssystemlöser und Parallelisierung

Der Kompaktkurs vom 16. bis 20. September 2019 wendet sich an Studierende höherer Semester und Doktoranden der Ingenieurwissenschaften, Physik, Informatik und Mathematik sowie Wissenschaftler an anwendungsorientierten Forschungsinstituten oder der Industrie. Er bietet einen Überblick über moderne Verfahren zur effizienten Lösung großer linearer Gleichungssysteme, die im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens stark verbreitet sind. Zudem führt er praxisorientiert in die Parallelisierung ein und geht gezielt auf die Parallelisierung numerischer Verfahren und iterativer Gleichungssystemlöser ein. Der Kurs variiert Vorträge und Übungen. Anmeldung bis zum 18. August, auswärtige Teilnehmende sollten sich selbst um Übernachtungsmöglichkeiten kümmern. Infos unter: www.hlrs.de/training/2019/ITER-G.

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Advanced Fortran Topics

Vom 9. bis 13. September 2019 findet am LRZ in Garching bei München ein 5-tägiger Kurs zu Fortran statt, der zum Trainingsprogramm von PRACE gehört. Er richtet sich an Wissenschaftler, die ihre Kenntnisse in der Programmier-Sprache erweitern und neue Einsatzfelder für Fortran kennenlernen wollen. Er stellt Beispiele aus der Praxis sowie neue Programmiermöglichkeiten sowie Kooperations- und Erweiterungsfähigkeiten vor. Dozenten sind Dr. Reinhold Bader und Dr. Gilbert Brietzke, Mitglieder der Arbeitsgruppe WG5 zur Standardisierung von Fortran. Mehr Infos und Anmeldung: https://events.prace-ri.eu/event/897/.

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

ANSYS Fluid Dynamics: Training Course

The next ANSYS CFD Introduction Short Course will take place in the week from 02. - 06. September 2019 at LRZ in Garching near Munich. The focus of this 5-day course is targeted on students, PhD's and researchers with good knowledge in the fundamentals of fluid mechanics and potentially with some first experience in Computational Fluid Dynamics (CFD). The course will focus on the introduction to the ANSYS Fluid Dynamics software packages and on the usage of the ANSYS CFD software in a typical Linux cluster environment for massively parallel computations. Interested ANSYS Software Users are asked to register as early as possible on the corresponding LRZ website: www.lrz.de/services/compute/courses/2019-09-02_hcfd2s19/

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Introduction to Semantic Patching of C programs with Coccinelle

An fortgeschrittene C/C++-Programmierer wendet sich der Einführungskurs "Introduction to Semantic Patching of C programs with Coccinelle". Er findet am 2. Oktober 2019 im LRZ in Garching bei München statt. Dozent ist Dr. Michele Martone vom LRZ. Inhalte: Große Softwareprojekte zu warten, ist anspruchsvoll. Die API Dritter oder die ständige Veränderung von Softwarebibliotheken fordern eventuell Codeanpassungen. Fehler führen zu Obsoleszenz, Performanceverlust, Inkompatibilität. In diesem Kurs erfahren Sie, wie man C-Codes erkennt und optimiert. Sie lernen Werkzeuge kennen, mit denen Sie C-Code analysieren, umstrukturieren und nach Bugs oder Mustern suchen. Danach können Sie eigene Code-Transformationen schreiben. Infos und Anmeldung: www.lrz.de/services/compute/courses/2019-10-08_hspc1w19/

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Stellenangebote / Job Opportunities

Sie finden alle aktuellen Stellenangebote des LRZ immer auf unser Webseite www.lrz.de/wir/stellen/.

You will find all job opportunities at LRZ, some of them in English, on our web page www.lrz.de/wir/stellen/.

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Mehr Lesestoff

Hier finden Sie die Links zu den aktuellen Informationen aus der Supercpomputing-Community und von unseren Kooperationspartnern:

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Informationen zum LRZ-Newsletter

Schwierigkeiten bei der Darstellung?

Sollten Sie bei der Darstellung unseres Newsletters Schwierigkeiten haben, dann schicken Sie bitte eine kurze Beschreibung des Problems an <NewsletterRedaktion_AT_lrz.de>. Danke!

Bestellen und Abbestellen

Sie können den LRZ-Newsletter über unsere Webseite bestellen oder abbestellen.

Archiv

Frühere Ausgaben des LRZ-Newsletters finden Sie im Archiv.

Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Impressum

Herausgeber:
Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften
Anschrift:
Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften
Boltzmannstraße 1
D-85748 Garching
Telefon:
+49-89-35831-8000
Telefax:
+49-89-35831-9700
E-Mail:
lrzpost_AT_lrz.de
Redaktion:
PR-Team

Zurück zum Inhaltsverzeichnis