Die Digitalisierung der Chemieforschung schreitet rasant voran. Eine große Rolle spielen dabei Hochleistungsrechner. Deshalb bauen der Chemiespezialist BASF und der IT-Hersteller Hewlett Packard Enterprise (HPE) in Ludwigshafen einen der weltweit größten Supercomputer der Branche.
Das System soll völlig neue Fragestellungen in der chemischen Forschung und Entwicklung schneller und noch zuverlässiger beantworten. „Der Hochleistungsrechner wird gewaltige mathematische Berechnungen blitzschnell durchführen können“, erklärt Horst Weiß, Leiter des Bereichs Digitalisierung Materialforschung und Datenwissenschaften bei der BASF.
Tausende Simulationen zeitnah möglich
Der Supercomputer ermöglicht komplexe Simulationen von Prozessen, Reaktionen sowie Modellierungen von Materialstrukturen. Ein Beispiel: die Entwicklung neuer Kunststoffe oder Formulierungen, beispielsweise Farben oder Kosmetikprodukte. „Für die Entwicklung neuer Werkstoffe müssen wir nicht nur verstehen, welche Kräfte zwischen den Atomen wirken und wie sich die Strukturen ergeben“, sagt Weiß, „sondern auch verstehen, wie diese die Anwendungseigenschaften beeinflussen.“
Der Megarechner wird in der Lage sein, Tausende Versuchsreihen zeitnah zu simulieren, durchzurechnen und auszuwerten. Er wird die Leistung der bis dato bei der BASF verwendeten Computer um das bis zu 100-fache übertreffen. Genauer: Das BASF-System wird aus mehreren Hundert sogenannter Rechnerknoten bestehen und eine Leistung von mehr als einem Petaflop haben – das entspricht mehr als einer Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde.
Zehn Tage statt ein Jahr
Die Zeitersparnis ist gigantisch: „Berechnungen, für die wir heute circa ein Jahr bräuchten, könnte der Rechner künftig in nur zehn Tagen durchführen“, verdeutlicht Weiß. Eine enorme Bandbreite an Innovationen, etwa neue Polymere mit gewünschten Eigenschaften, können so schneller entwickelt und auf den Markt gebracht werden.
Die Zahl virtueller Experimente soll deutlich steigen. Die Forscher kriegen in kürzester Zeit nützliche Infos an die Hand. „Klassische Laborexperimente können wir so viel gezielter und effektiver angehen als bisher“, betont der Chemiker. Das spart wieder Zeit und Kosten.
Warum eigentlich kann das System derart große Datenmengen so schnell bearbeiten? „Ein Supercomputer besteht im Grunde aus ähnlichen Komponenten wie gewöhnliche PCs oder Laptops“, erklärt Frank Baetke, Supercomputer-Manager bei HPE in Böblingen.
„Die Kunst ist, die Bauteile – einschließlich Tausender Prozessorchips – effizient aneinanderzureihen und durch ein Hochleistungsnetzwerk zu verbinden. Das sorgt für so enorme Geschwindigkeiten.“ Baetke ist Mitglied im Beratungsgremium der „International Supercomputing Conference“, die jährlich die „Top 500“ der weltweit schnellsten Rechner bekannt gibt. Dort gelistete Anlagen gelten als Supercomputer – auch der neue BASF-Rechner wird in der „Hitparade“ erscheinen.
Ohne Mega-Rechner wäre vieles undenkbar
Derzeit führen China und die USA sie mit den jeweils meisten Mega-Computern an, gefolgt von Deutschland. Hierzulande stehen 32 der Maschinen. Das Gros kommt in Forschungsinstituten zum Einsatz. „Zahlreiche Fortschritte, sei es in der Weltraumforschung, Luftfahrt, Meteorologie, Diagnostik oder der Entwicklung künstlicher Intelligenz, wären ohne Supercomputer nicht möglich“, betont Baetke.
In der Industrie wären viele Entwicklungen ebenso undenkbar: Die Automobilindustrie setzt Megacomputer etwa für Crashanalysen ein. Das macht Autos sicherer. Die Pharmaindustrie modelliert Wirkstoffe und simuliert ihre Wirkung. „Die Öl- und Gasindustrie ermittelt genauer die Lage von Rohstoffvorräten unter der Erde und verhindert teure Fehlbohrungen“, sagt Baetke.
