Das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) hat sich in den vergangenen Jahren wiederholt als Pionier auf dem Feld bewährt. Sie gehen dorthin, wo noch keine Karten existieren. Aktuell betreibt das Zentrum zwei Projekte, die auf den ersten Blick wenig gemeinsam haben. Beide sind jedoch technisch anspruchsvoll und zielen darauf ab, wie Rechenleistung reale Probleme löst. Ein Projekt konzentriert sich auf Supercomputer für den Kriseneinsatz. Das andere unterstützt die Medizintechnik.
Hochverfügbare Systeme für den Ernstfall
Warum braucht man einen Supercomputer, wenn die Leitung weg ist? Oder wenn die Infrastruktur zusammenbricht? Die Antwort liegt in der Skalierbarkeit und der Geschwindigkeit. Herkömmliche Server sind oft Starr. Sie brechen unter unvorhergesehenen Lastspitzen zusammen. Ein speziell für Krisenszenarien konzipiertes System muss anders funktionieren. Es muss robust sein. Es müssen schnell Entscheidungen getroffen werden, wenn Sekunden über den Ausgang einer Operation oder die Koordination von Rettungskräften entscheiden.
Das HLRS arbeitet hier an Architekturen, die nicht nur rechnen, sondern auch dann noch stabil bleiben, wenn die Rahmenbedingungen chaotisch sind. Das ist kein Luxus. Das ist eine Notwendigkeit für Rettungsdienste, Katastrophenschutz und kritische Infrastruktur. Die Technologie hinter diesen Systemen muss Lastverteilung in Echtzeit ermöglichen. Sie müssen Datenströme priorisieren, wenn die Bandbreite knapp wird. Wer jemals in einer Notsituation war, weiß, wie wichtig es ist, dass die digitalen Werkzeuge nicht versagen.
Rechenleistung für die nächste Generation der Medizintechnik
Das zweite Feld ist ganz anders. Hier geht es nicht um akute Katastrophen, sondern um präzise Planung. Die Medizintechnik steht vor großen Herausforderungen. Geräte werden komplexer. Die Datenmengen aus bildgebenden Verfahren explodieren. MRT, CT, PET – jede Methode generiert Terabytes an Informationen. Diese Daten zu verarbeiten und zu interpretieren, erforderte enorme Rechenkapazitäten.
Das HLRS stellt diese Kapazitäten zur Verfügung. Nicht als abstrakte Macht, sondern als Werkzeug für die Diagnostik und Therapieplanung. Ein Supercomputer kann hier Simulationen durchführen, die im Krankenhaus vor Ort unmöglich sind. Er kann helfen, die Wirkung eines neuen Medikaments vorherzusagen. Oder er kann das bildgebende Verfahren so stark beschleunigen, dass Ärzte schneller und genauer diagnosesichern können.
Wo sich die Welten treffen
Es scheint, als lägen Supercomputer für den Kriseneinsatz und Computer für die Medizintechnik lichtjahreweit auseinander. Aber beide teilen gemeinsam eine Basis: die Notwendigkeit, komplexe Probleme schneller zu lösen, als es die menschliche Kapazität erlaubt. Im Krisenfall ist das Leben auf der Linie. In der Medizin ist es die Präzision.
Die Infrastruktur, die das HLRS aufbaut, ist darauf ausgelegt, diese Anforderungen zu erfüllen. Sie ist skalierbar. Sie ist anpassungsfähig. Und sie wird immer relevanter, je digitaler unsere Gesellschaft wird. Wer sich fragt, warum Rechenzentren so wichtig sind, sollte nicht nur an Streaming-Dienste denken
Von Pandemien zu Überschwemmungen: Supercomputer als Krisenwerkzeuge
Als während des Höhepunkts der Corona-Pandemie Prognosen zur Kapazität der Intensivstationen die Newsfeeds dominierten, hielt sich das Hochleistungsrechnen des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS) still und leise im Hintergrund. Bei den Simulationen wurden nicht nur Betten gezählt; Sie enthüllten eine umfassendere Wahrheit.
„Diese Arbeit hat gezeigt, dass in Krisen- und Notfallsituationen viel mehr Potenzial für Hochleistungsrechnen besteht, nicht nur bei der nächsten Pandemie, sondern auch bei Umweltkatastrophen“, sagt HLRS-Forscher Ralf Schneider.
Aber einen Supercomputer für eine aktive Krise vorzubereiten, ist nicht so einfach wie das Umlegen eines Schalters. Es erfordert Infrastruktur. Aus dieser Erkenntnis entstand das CIRCE -Projekt (Computational Immediate Response Center for Emergencies). Schneider fungiert als technischer Projektleiter. Das Ziel? Um genau zu ermitteln, was eine Betriebszentrale technisch und organisatorisch benötigt, um öffentliche Einrichtungen im Katastrophenfall schnell und ohne bürokratische Reibungen zu unterstützen.
Der Weg zu CIRCE führte über Gespräche mit Experten in Ministerien und Behörden. Der Konsens war klar: Simulationen könnten viele Probleme lösen. Aber es gab einen Haken.
„Oft gibt es keine Modelle“, bemerkt Schneider. „Dennoch sind sie die Voraussetzung dafür, ob Supercomputer effektiv eingesetzt werden können.“
Daher konzentriert sich das HLRS auf Szenarien, in denen die digitalen Blaupausen bereits vorhanden sind. Betrachten Sie die Analyse eines extremen Hochwasserereignisses im Rhein. Welche Gebiete drohen bei einem Deichbruch unmittelbar einer Überschwemmung? Simulationen können dies nahezu in Echtzeit beantworten. Die Daten geben vor, wo Evakuierungen beginnen müssen und wo Rettungsfahrzeuge und -stationen sicher positioniert werden können.
Überbrückung der Lücke für Innovationen in der Medizintechnik
Während Notfallmaßnahmen die unmittelbare Anwendung darstellen, reicht die Technologie tief in die Industrie hinein. Der zweite große Schwerpunkt untersucht, wie die Medizintechnik von Supercomputing-Leistung profitiert.
Andreas Wierse, Geschäftsführer von SICOS BW, beleuchtet die konkreten Anwendungsfälle: Produktentwicklung, Qualitätssicherung und Freigabeprozesse. SICOS BW wurde 2010 gemeinsam vom HLRS und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gegründet. Ziel war es, die Hürde für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) beim Zugang zu Simulationstechniken zu senken.
Die deutsche Medizintechnik ist stark mittelständisch geprägt und bekannt für ihre Innovationskraft. Simulation bietet eine neue Ebene der Verifizierung. Ingenieure können das Potenzial neuer Materialien und Komponenten für Instrumente oder Implantate testen, bevor sie jemals physisches Metall berühren.
Um dies umzusetzen, hat SICOS BW CASE4Med (Computer Aided Solution Engineering for Medical) gegründet. An diesem Lösungszentrum sind das HLRS und das Innovations- und Forschungszentrum Tuttlingen der Hochschule Furtwangen beteiligt. Tuttlingen gilt als Hochburg der Medizintechnik und ist daher ein logischer Knotenpunkt für diese Zusammenarbeit.
Aufbau einer Community für vorwettbewerbliche Forschung
Das Projekt wird vom Wissenschaftsministerium Baden-Württemberg gefördert. Doch die Finanzierung ist nur die halbe Miete. Ziel ist es, eine Community zu gewinnen, die durch konkrete Fallstudien einbezogen wird. Ein formeller Verein bildet das organisatorische Rückgrat.
„Das Interesse ist groß“, sagt Wierse. Durch CASE4Med wird der Informationsaustausch institutionalisiert. Noch wichtiger ist, dass es vorwettbewerbliche Forschung ermöglicht. Unternehmen können grundlegendes Wissen teilen, ohne ihren kommerziellen Vorsprung zu beeinträchtigen.
Die Infrastruktur ist vorhanden. Die Modelle werden verfeinert. Die Frage ist nun, ob die Bürokratie mit der Simulationsgeschwindigkeit mithalten kann.
