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Hintergrund: Wie man einen Supercomputer zur Schnecke macht

So mächtig Supercomputer inzwischen auch sind: Die Aufgaben, die auf sie warten, sind so gewaltig, dass der Mensch die Maschine in die Knie zwingen kann. Beispiel: Klimaforschung.

So schnell der neue Petaflop-Rechner auch ist: Der Mensch wird auf absehbare Zeit keine Probleme haben, die Maschinen in die Knie zu zwingen. Beispiele sind Klimasimulationen, Aerodynamik- Berechnungen und die Faltung von Proteinen. Eines der Standard- Klimamodelle des Max-Planck-Instituts für Meteorologie in Hamburg macht den unstillbaren Rechenhunger deutlich. Die Vorgänge in der Atmosphäre und im Ozean lassen sich mathematisch beschreiben. Dafür wird die Erde jeweils mit einem gedachten Gitternetz überzogen. Im Atmosphärenmodell beträgt dessen Gitterweite etwa 200 Kilometer - so entstehen auf der Erdoberfläche 18.432 Punkte.

Wie die Schalen einer Zwiebel wölben sich darüber 31 Luftschichten, jede wiederum mit 18.432 Punkten. So ergeben sich 571.392 Gitterpunkte, an denen jeweils acht Gleichungen unter anderem Temperatur, Wind sowie den Wasser- und Eisgehalt beschreiben. Jeder Wert an einem einzelnen Punkt wirkt sich zu jeder Zeit auf seine Nachbarn aus. Ein ähnlicher Aufwand wird für den Ozean getrieben - nur dass die Schichten hier in die Tiefe des Wassers ragen und dass statt Luft Wasser strömt. Außerdem beeinflussen beide Modelle einander.

Der Computer kalkuliert nun die entstehenden Änderungen und verwendet den jeweiligen Endpunkt als Anfang der neuen Rechnung. Das Modell simuliert das Klima im Zwölf-Minuten-Rhythmus bis zum Jahr 2100. Die 200-Kilometer-Gitterweite sind allerdings nur ein grobes Raster. Wer 50 statt 200 Kilometer oder 50 statt 31 Luftschichten oder 6 statt 12 Minuten einstellt - oder alles gleichzeitig - kann die Anforderungen nach Belieben in die Höhe schrauben. Klimaforscher hätten daher keine Probleme, den weltweit schnellsten Computer, den Roadrunner, zur Schnecke zu machen.

Das gilt auch für Biochemiker und -informatiker, wenn sie vorhersagen wollen, welche Form eine lange Kette aus verschiedenen Aminosäuren im fertigen Protein einnehmen wird. Autobauer wiederum schaffen im Rechner digitale Modelle ihrer Fahrzeuge und lassen sie miteinander kollidieren. Jedes Bauteil wird dafür in winzige Zellen untergliedert, die sich beim virtuellen Crash gegenseitig beeinflussen und verformen. Je mehr Zellen, desto genauer und aussagekräftiger das Resultat. Aerodynamische Fragen bei Flugzeugen und Autos, Strömungen in Rohren oder die personalisierte Medizin sind weitere Anwendungen schneller Rechner.

DPA / DPA
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