Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart
Der Gedanke der Zusammenarbeit ist seit jeher fest in der DNA des HLRS verankert. Als Bundeshöchstleistungsrechenzentrum und Mitglied des Gauss Centre for Supercomputing arbeitet es eng mit dem Jülich Supercomputing Centre und dem Leibniz-Rechenzentrum zusammen, um deutschen und europäischen Forschenden Zugang zu Spitzentechnologien zu ermöglichen. Das HLRS ist zudem an Dutzenden von kooperativen Supercomputing-Forschungsprojekten beteiligt und hat Solution Centers mitaufgebaut, in denen Akteure strategischer Branchen Lösungen für gemeinsame Herausforderungen entwickeln. Darüber hinaus arbeitet das HLRS eng mit anderen europäischen HPC-Zentren und internationalen Partnern aus der globalen Supercomputing-Community zusammen. Diese Beziehungen ermöglichen den Austausch neuer Ideen zur Verbesserung von Leistung, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit. Mit den Schwerpunkten Infrastruktur, Aus- und Weiterbildung sowie Forschung fördern diese Aktivitäten Innovationen.
„Letztendlich arbeitet das HLRS mit anderen HPC-Zentren zusammen, um das bestmögliche Portfolio an Ressourcen und Dienstleistungen anbieten zu können – lokal, national und europaweit“, sagt Prof. Michael Resch, Direktor des HLRS. „Von Systemen über Support und Schulungen bis hin zur Forschung stellen unsere Kooperationsaktivitäten sicher, dass HPC-Nutzer:innen in Europa von dem gebündelten Wissen profitieren und dass das HLRS die tragfähigsten Ideen aus der gesamten internationalen HPC-Community umsetzt.“
Mit mehreren großen Universitäten und einer vielfältigen Hochschullandschaft in technischen Disziplinen ist die Wissenschaft im Land Baden-Württemberg seit Langem auf den Zugang zu HPC-Ressourcen angewiesen. Einrichtungen arbeiten landesweit innerhalb der Arbeitsgemeinschaft der wissenschaftlichen Leiter von Rechenzentren in Baden-Württemberg (ALWR) zusammen, um die Nutzung, Zugänglichkeit und Wirkung digitaler Ressourcen und Fachkenntnisse zu optimieren. Die Bemühungen begannen bereits Anfang der 1990er Jahre. Einen großen Schub erhielt das Projekt jedoch 2008 mit der Initiative bwGRID. Ihr Ziel war es, eine landesweite, vernetzte Recheninfrastruktur aufzubauen. Das HLRS beschaffte dafür Hardware mit Mitteln des Bundes. Das Land Baden-Württemberg finanzierte Personal und die weitere Entwicklung.
Um 2013 entstand aus dieser Initiative bwHPC. Dahinter steht das erste landesweite Konzept in Deutschland, das Hoch- und Höchstleistungsrechner sowie Fachwissen koordiniert. bwHPC verfolgt einen mehrstufigen Ansatz. Die beteiligten Rechenzentren übernehmen unterschiedliche Aufgaben – je nach Leistung und Größe ihrer Systeme. So ergänzen sie sich, statt um Fördermittel zu konkurrieren. Darüber hinaus finden Studierende und Forschende in Baden-Württemberg dadurch leichter die passenden Rechner für ihre Arbeit. Sie können je nach Bedarf Allzwecksysteme nutzen oder sehr große Supercomputer am HLRS. Mit den Jahren ist bwHPC weitergewachsen, dass es mittlerweile eine gemeinsame Plattform für den Datenaustausch, mehrere Kompetenzzentren und Weiterbildungsangebote umfasst.
Derzeit koordiniert bwHPC den Zugang zu fünf Clustern, die allgemeine Rechenkapazitäten für Studierende und Forschende aus bestimmten wissenschaftlichen Anwendergruppen bereitstellen. Für Anwender:innen, die für rechenintensive Aufgaben Zugang zu hochparallelen Höchstleistungsrechnern benötigen, betreibt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) HOREKA, ein Tier-2-System innerhalb von bwHPC. Der Supercomputer Hunter des HLRS dient derzeit als Tier-0/1-HPC-System innerhalb des bwHPC-Konsortiums, das als Ressource für die anspruchsvollsten Anwendungen genutzt wird. Diese Aufstellung der Rechenkapazitäten bietet einen einheitlichen Rahmen, innerhalb dessen Nutzer:innen ihr Wissen und ihre Codes von kleinen Clustern bis hin zu Hoch- und Höchstleistungsrechnern skalieren können, wenn ihre Forschungs- und Rechenanforderungen wachsen.
Diese Organisation verbindet Wissenschaftler:innen in Baden-Württemberg zudem mit den nationalen und internationalen Communities. Das Scientific Computing Center des KIT ist Teil des Verbunds für Nationales Hochleistungsrechnen (NHR), während das HLRS die Forschung in Baden-Württemberg mit den Rechenressourcen des Gauss Centre for Supercomputing verbindet. Dies ermöglicht einen ständigen Wissensaustausch über die neuesten HPC-Technologien und -Methoden im gesamten bwHPC-Netzwerk. Dieser Ansatz erstreckt sich auch auf die Kompetenzentwicklung für HPC-Nutzer:innen, da das Schulungsprogramm des HLRS über das gesamte bwHPC-Netz zugänglich ist und regionale, nationale sowie internationale Programme zur beruflichen Weiterbildung miteinander verknüpft.
Seit 2018 verfolgt die EuroHPC Joint Undertaking (JU) eine gemeinsame Strategie, die Europas Wettbewerbsfähigkeit bei Simulation, künstlicher Intelligenz und Quantencomputing stärken soll. Die EuroHPC JU setzt auf Zusammenarbeit statt Konkurrenz zwischen den Mitgliedstaaten. So hat sie den Aufbau leistungsfähiger Rechensysteme in vielen EU-Ländern begleitet. Außerdem hat sie ein Netzwerk von AI Factories und AI Factory Antennas aufgebaut und unterstützt ein breites Portfolio an Schulungsinitiativen zur Förderung der HPC-Kompetenzentwicklung. Diese Maßnahmen stärken die Kompetenzen im Höchstleistungsrechnen und in der KI. Gleichzeitig verringern sie die Abhängigkeit von außereuropäischen, privaten Anbietern.
Die beiden vom HLRS koordinierten Projekte EuroCC und CASTIEL zahlen stark auf diese Ziele ein. Seit 2020 haben die Programme ein Netzwerk aus nationalen Kompetenzzentren (NCCs) und Exzellenzzentren in 33 europäischen Ländern aufgebaut. Dank des kontinuierlichen Wissensaustauschs wächst die HPC-Expertise europaweit. Jedes NCC dient heute als zentrale Anlaufstelle für Wissenschaft und Industrie, wo Nutzende Unterstützung und Zugang zu Rechenkapazitäten erhalten. Das Netzwerk sorgt so dafür, dass HPC-Angebote in Europa unabhängig vom Standort zugänglich sind.
„Die Bewerbung um die Koordination von EuroCC und CASTIEL war für uns eine strategische Entscheidung“, sagt Dr. Bastian Koller, Geschäftsführer des HLRS und Leiter der EuroCC- und CASTIEL-Initiativen. „Uns war immer klar, dass andere europäische HPC-Zentren größere Supercomputer betreiben würden. Das schnellste System in Europa zu haben, war nie unser Kernziel. Stattdessen wollten wir als Koordinator dieser Projekte für die EuroHPC JU die enorme Wissensbasis und Expertise in Europa bündeln. Davon profitieren wir auch in Deutschland, weil wir viel von anderen Zentren lernen können. Zugleich zeigen die vielen Erfolgsgeschichten in den NCCs, dass diese Zusammenarbeit europaweit Wirkung entfaltet.“
Das HLRS hat zudem das HPC in Europe Portal mitaufgebaut. Die Plattform ging 2025 online und dient als zentrale Anlaufstelle für Nutzer:innen aus Wissenschaft und Industrie. Dort finden sie HPC-Dienstleister, Schulungsangebote und weitere Ressourcen. Außerdem bringt das HLRS seine Erfahrung in der Ausbildung in Projekte wie EVITA und HPC SPECTRA ein. Diese Programme erleichtern den Zugang zu aktuellen Lehrangeboten für HPC-Anwender:innen in ganz Europa.
Trotz verschiedener politischer, wirtschaftlicher und sozialer Bedingungen stehen HPC-Zentren weltweit vor ähnlichen Herausforderungen. Leistungsoptimierung, Energieeffizienz, Personalschulung und die Notwendigkeit, Rechenkapazitäten in praktische Anwendungen für die Gesellschaft zu übersetzen, sind beispielsweise Themen, mit denen sich HPC-Zentren überall auseinandersetzen müssen. Obwohl HPC-Forschung oft aus lokalen Anforderungen entsteht, liefert sie häufig Ideen für ähnliche Ansätze in anderen Regionen. Internationale Zusammenarbeit hilft, solche Ansätze schneller zu verbreiten. Gleichzeitig stärken internationale Kontakte auch das Miteinander. Sie schaffen informelle Verbindungen, fördern das Verständnis zwischen Kulturen und unterstützen Zusammenarbeit über Grenzen hinweg.
Das HLRS arbeitet seit vielen Jahren eng mit führenden Forschungs- und Hochschuleinrichtungen weltweit zusammen. Aktuell bestehen 13 formelle Partnerschaften mit HPC-Zentren und Universitäten in Europa, Asien und Amerika. Hinzu kommen zahlreiche informelle Kooperationen (siehe Karte). Im Mittelpunkt stehen gemeinsame Themen rund um das Höchstleistungsrechnen. Daraus sind gemeinsame Forschungsprojekte, Austauschprogramme für Mitarbeitende, Workshops, Bildungsangebote und Kooperationen mit der Industrie entstanden.
Eine der engsten und ältesten internationalen Kooperationen des HLRS besteht mit dem Fachbereich Informatik der Tohoku-Universität in Sendai, Japan. Die Partnerschaft begann im Jahr 2004, da sowohl Tohoku als auch das HLRS Vektorrechner von NEC betrieben. Zu dieser Zeit galten Vektorarchitekturen für manche bereits als überholt – jedoch nicht für das HLRS und die Tohoku-Universität – da solche Systeme ihren Nutzer:innen weiterhin sehr gute und stabile Leistung lieferten. Seitdem treffen sich Forschende beider Einrichtungen zweimal im Jahr zum „Workshop on Sustained Simulation Performance“. Die Technik hat sich zwar seither deutlich weiterentwickelt, der regelmäßige Austausch hilft allerdings weiterhin, die Leistung moderner HPC-Systeme besser zu verstehen und zu steigern. Eine jährlich erscheinende Buchreihe hält die Ergebnisse dieser Treffen für die HPC-Community fest.
Aus einer Kooperation, die 1999 begann, hat sich kürzlich auch eine Zusammenarbeit mit dem National Center for High-Performance Computing (NCHC) in Taipeh entwickelt. Im Jahr 2025 reiste Dr. Uwe Wössner, Leiter der Visualisierungsabteilung des HLRS, gemeinsam mit Forschenden des NCHC in den Yangmingshan-Nationalpark nördlich von Taipeh – ein von vulkanischer Aktivität geprägtes Gebiet. Mit einer Drohne führte das Team 3D-Scans unter Einsatz von Multispektral-Bildsensoren und Photogrammetrie durch. Aus den Daten erstellten sie einen digitalen Zwilling des Parks, die sich in der CAVE-Virtual-Reality-Umgebung des HLRS untersuchen lässt. Die Forschenden können darin verschiedene Pflanzenarten unterscheiden. Künftig soll ein Lernalgorithmus Vegetation und Landschaftsmerkmale automatisch erkennen. Im weiteren Verlauf des Projekts wollen die Forschenden auch geologische und weitere Daten einbinden. So kann die Parkverwaltung die Risiken wie Waldbrände, Erdrutsche oder Erdbeben besser einschätzen. Für das HLRS sind die dabei gewonnenen Erfahrungen auch für künftige Projekte mit digitalen Zwillingen in Deutschland wertvoll.
Obwohl Höchstleistungsrechnen bei der Lösung komplexer Probleme in Forschung, Industrie und Gesellschaft helfen kann, wird Rechenleistung allein niemals ausreichen. Neue Technologien wie Exascale-Computing, künstliche Intelligenz und Quantencomputing verändern das Feld derzeit grundlegend. In einer so turbulenten Zeit bleiben Zusammenarbeit, gemeinsames Forschen und der Austausch von Wissen umso wichtiger. Der enge Kontakt zur internationalen HPC-Community hilft dem HLRS, neue Technologien sinnvoll einzusetzen. So können ihre Vorteile möglichst vielen zugutekommen, nachhaltig genutzt werden und die Nutzer:innen des Zentrums bestmöglich von ihnen profitieren.
— Christopher Williams
Als Mitglied des Gauss Centre for Supercomputing ist das HLRS eines der drei Bundeshöchstleistungsrechenzentren.
