Neuer Hochleistungsrechner eingeweiht: JUSTUS 2 ermöglicht komplexe Simulationen in Chemie und Quantenphysik

Die Universität Ulm hat einen neuen Hochleistungsrechner: Mit einer theoretischen Leistungsfähigkeit von 2 Petaflops setzt der 4,4 Millionen Euro teure Supercomputer JUSTUS 2 neue Maßstäbe.

Am Freitag, 6. März, drückten unter anderem Ministerialdirektor Ulrich Steinbach (Landesministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst) sowie der Ulmer Universitätspräsident Professor Michael Weber den symbolischen Startknopf. Weiterhin waren Vertreter des Kooperationspartners NEC Deutschland GmbH zur feierlichen Inbetriebnahme angereist.

Wie bereits das Vorgängersystem ist JUSTUS 2 optimal auf die Forschungsbereiche theoretische Chemie sowie Quanten- und Festkörperphysik ausgerichtet. „JUSTUS 2 ermöglicht hochkomplexe Computersimulationen auf molekularer und atomarer Ebene etwa aus der Chemie und der Quantenwissenschaft sowie aufwändige Datenanalysen. Und dies bei einer deutlich höheren Energieeffizienz als sein Vorgänger“, sagte Ulrich Steinbach.

„Der neue Hochleistungsrechner wird Forschenden aus ganz Baden-Württemberg zur Verfügung stehen und ist daher – gerade im Hinblick auf die Batterieforschung – eine sehr sinnvolle Investition in die Zukunft unseres Wissenschafts- und Wirtschaftsstandorts.“

JUSTUS 2 zählt zu den 400 leistungsstärksten Supercomputern der Welt (Stand: KW 10). Mit 33 696 CPU-Kernen entspricht das System 15 000 herkömmlichen Laptops. Gegenüber dem Vorgänger ist eine um das Fünffache gesteigerte Performance zu erwarten.

„Die theoretische Höchstleistung von JUSTUS 2 liegt bei mehr als 2 Petaflops. Durch den Einsatz neuester Technologien konnte der auf die Rechenleistung bezogene Energiebedarf gegenüber dem vorherigen System beinahe um Faktor drei verringert werden“, erklärte Professor Stefan Wesner, Leiter des Kommunikations- und Informationszentrum (kiz) der Universität Ulm.

Auch nach der erfolgreichen Inbetriebnahme von JUSTUS 2 wird die Zusammenarbeit mit den Zulieferern NEC Deutschland GmbH und Intel Deutschland GmbH fortgesetzt.

Im Zuge dieser Kooperation werden die Partner gemeinsam Zugriffsmethoden auf Ressourcen des Hochleistungsrechnen (High Performance Computing, HPC) aus der Cloud und für den Einsatz von „machine learning“ in Chemie-Anwendungen entwickeln. „Die Zusammenführung von HPC-Simulation und Datenauswertung mit Methoden der Künstlichen Intelligenz bringt eine neue Qualität in der Nutzung von Hochleistungsrechnern – und NEC steht an vorderster Front dieser Entwicklung “, ergänzte Yuichi Kojima, Geschäftsführer der NEC Deutschland GmbH.

An mindestens 530 wissenschaftlichen Publikationen war der vorherige Supercomputer der Universität Ulm beteiligt – und JUSTUS 2 wird an diese Erfolge anknüpfen: Bereits über 30 Forschergruppen aus ganz Baden-Württemberg wollen seine Rechen- und Speicherleistung zeitnah einsetzen.

Bei der effizienten Nutzung unterstützt auch weiterhin das HPC Kompetenzzentrum „Computational Chemistry and Quantum Sciences“ der Universität Ulm. In diesem Kompetenzzentrum steht Forschenden ein Team mit Sachverstand im Hochleistungsrechnen und in den Naturwissenschaften zur Seite.

Bei der Inbetriebnahme von JUSTUS 2 berichtete der Ulmer Quantenphysiker Professor Fedor Jelezko über Einsatzmöglichkeiten des Supercomputers: „Wir werden den Hochleistungsrechner JUSTUS 2 für quantenchemische Berechnungen einsetzen. Mithilfe des Vorgängersystems haben wir bereits die Wellenfunktion so genannter Stickstofffehlstellenzentren in künstlichen Diamanten berechnet sowie die Kopplung dieser Zentren an Kernspins.“

Gemeinsam mit Forscherkollegen hat Jelezko 2019 einen hochkarätigen ERC Synergy Grant über 9,4 Millionen Euro eingeworben. Außerdem profitiert die mit einem Exzellenzcluster geadelte Ulmer Batterieforschung in besonderem Maße von JUSTUS 2. Über die Donaustadt hinaus zählt Chemie-Professor Andreas Köhn von der Universität Stuttgart zu den wichtigen künftigen Nutzern. Professor Köhn wird mithilfe von JUSTUS 2 die von ihm und seinen Mitarbeitenden entwickelten hochgenauen quantenchemischen Methoden auf Berechnungen an Systemen mit komplexer elektronischer Struktur anwenden – ein Beispiel sind Übergangsmetallverbindungen.

JUSTUS 2 verfügt über 702 Knoten mit je zwei Prozessoren. Das gesamte System ist auf 13 so genannte Racks verteilt, die 2,2 Meter hoch sind. Jedes dieser mit Wasser oder Luft gekühlten Racks wiegt eine Tonne. Nach Abschluss der Aufbauarbeiten wird das System in den kommenden Wochen zunächst konfiguriert und ausführlich getestet, bevor der Supercomputer in den regulären Benutzerbetrieb übergeben wird. Bis alle Daten migriert sind, werden der Vorgänger JUSTUS und JUSTUS 2 parallel betrieben.

Der neue Hochleistungsrechner der Universität Ulm hat rund 4,4 Millionen Euro gekostet. Das nach dem deutschen Chemiker Justus von Liebig benannte System ist von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Land Baden-Württemberg sowie den Universitäten Ulm, Stuttgart und Freiburg finanziert worden.

„Gerade an einer naturwissenschaftlich und technisch ausgerichteten Universität wie Ulm ist Hochleistungsrechnen essentiell notwendig. Daher ist JUSTUS 2 eine bedeutende Investition in die Zukunft unserer strategischen Entwicklungsbereiche und darüber hinaus“, resümierte Informatikprofessor und Universitätspräsident Professor Michael Weber. Anschließend hatten die Gäste Gelegenheit, den Hochleistungsrechner JUSTUS 2 zu besichtigen.

Prof. Dr.-Ing. Stefan Wesner, Tel.: 0731/50-22500, stefan.wesner@uni-ulm.de