HLRS verbessert Kapazitäten für Urgent Computing

30 November 2021

Supercomputing-Infrastruktur und Fachwissen könnten Regierungsbehörden dabei unterstützen, schnell auf künftige Pandemien, extreme Wetterereignisse und andere Krisen zu reagieren.

In einem neuen Projekt mit der Bezeichnung CIRCE (Computational Immediate Response Center for Emergencies) wird das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) unter der Schirmherrschaft des Gauss Centre for Supercomputing eine Studie durchführen, um den Bedarf und die möglichen Anwendungen des Hoch- und Höchstleistungsrechnens (HPC) in Krisensituationen zu bewerten. Im Rahmen des dreijährigen Projekts sollen Situationen wie Pandemien, Naturkatastrophen und Migrationsereignisse ermittelt werden, in denen Simulationen, Hochleistungsdatenanalyse (HPDA) und Künstliche Intelligenz (KI) die Entscheidungsfindung in Behörden unterstützen könnten. Außerdem soll ermittelt werden, welche organisatorischen Verfahren erforderlich sind, um sicherzustellen, dass die HPC-Ressourcen des HLRS in Notsituationen sofort verfügbar sind.  

CIRCE wird vom Bundesministerium für Wissenschaft und Bildung (BMBF) und dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg (MWK) kofinanziert.  

HLRS-Direktor Michael Resch erklärte: „Wir werden am HLRS eine Organisationsstruktur aufbauen, die Zugänge für Behörden zu unserer Höchstleistungsrechnerinfrastruktur ermöglicht. Gerade in Krisensituationen ist es notwendig, schnell mit Hilfe von Simulationen eine politische Entscheidung zu unterstützen. Hierfür bringen wir unsere gesamte Expertise ein und schaffen Konzepte, um schnell und effizient unsere Höchstleistungsrechnerinfrastruktur einsetzen zu können.“  

HPC für die Überwachung von COVID-19 und die Bewältigung globaler Herausforderungen  

Die Notwendigkeit eines Projekts wie CIRCE wurde 2020 deutlich, als die COVID-19-Pandemie eine schnelle Reaktion der deutschen Regierung erforderte, um eine Überlastung des Gesundheitssystems zu verhindern. Im April desselben Jahres arbeiteten Hard- und Softwareexperten des HLRS mit Simulationsexperten des Bundesinstituts für Bevölkerungsforschung (BiB) zusammen, um in kürzester Zeit ein Modell auf dem Supercomputer des HLRS zu implementieren, das den Bedarf an Intensivstationen in ganz Deutschland bis zu vier Wochen im Voraus vorhersagt. Dieses Tool, das weiterhin auf dem Hawk-Supercomputer des HLRS läuft und tägliche Informationen an die Bundesregierung liefert, hat den politischen Entscheidungsträgern bei der Entscheidungsfindung in Bezug auf das öffentliche Gesundheitsmanagement während der Pandemie geholfen.  

CIRCE baut auch auf dem Fachwissen auf, das das HLRS im Rahmen des HiDALGO-Projekts gesammelt hat, einem europäischen Exzellenzzentrum, das sich auf die Entwicklung von HPC- und Big-Data-Technologien zur Bewältigung globaler Herausforderungen konzentriert. Das HLRS hat internationalen Forschungspartnern Recheninfrastruktur und Fachwissen zur Verfügung gestellt, die neue simulationsbasierte Ansätze für die Vorhersage von Migrationsereignissen und städtischer Luftverschmutzung sowie für die Erkennung und Verhinderung der Verbreitung von Falschinformationen in sozialen Netzwerken untersuchen.  

Dringender Bedarf an Rechenleistung ermitteln und Lücken schließen  

Im Rahmen des CIRCE-Projekts wird das HLRS auf diesen Erfahrungen aufbauen, um zusätzlichen Bedarf an Hoch- und Höchstleistungsrechnern und Datenanalyseressourcen für das Krisenmanagement zu ermitteln und zu kommunizieren. Durch Workshops, Interviews und Fokusgruppen wird das Zentrum engere Kontakte zu potenziellen Partnern auf Bundes- und Landesebene aufbauen. Diese Sondierungsgespräche werden es dem HLRS ermöglichen, besser zu verstehen, wie Simulationen dazu beitragen könnten, den Bedürfnissen der Behörden gerecht zu werden und welche spezifischen Arten von Prognosetools den größten Nutzen bringen würden. Zudem wird geklärt, welche Daten den Behörden zur Verfügung stehen und als Grundlage für Prognosen dienen könnten, die auf den Systemen des HLRS laufen.    

CIRCE wird auch spezifische Szenarien untersuchen, in denen HPC, HPDA und KI in Krisensituationen eingesetzt werden könnten. Dazu gehört auch die Durchführung von Proof-of-Concept-Tests, die sich auf repräsentative Anwendungen von HPC in Notfällen konzentrieren. Auf diese Weise will das HLRS ein besseres Verständnis dafür gewinnen, welche Aktivitäten und Verfahren erforderlich sind, um dringenden Rechenbedarf schnell zu decken und welche Lücken in der Vorbereitung derzeit bestehen.  

Letztendlich werden diese Bemühungen das HLRS darauf vorbereiten, Regierungsbehörden bei ihren Reaktionen auf künftige Krisen zu unterstützen und den Nutzen seiner HPC-Systeme und seines Fachwissens für die Sicherheit der Menschen und den Schutz kritischer Infrastrukturen zu maximieren.

Kontakt

Dr.-Ing. Bastian Koller
Manager and Deputy Director, HLRS