Forschungsspitze mit Verbundrechnen
Von den regionalen Kooperationspartnern wurden heute die Verträge für VIOLA (Vertically Integrated Optical Testbed for Large Applications) unterzeichnet.
Ob für Klimaforschung oder die Simulation von Industrieprozessen -- Wissenschaftler brauchen mehr Rechen- und Übertragungskapazitäten. Das Bundesforschungsministerium fördert deshalb mit zehn Millionen Euro das Testbed für Hochgewindigkeits-Computernetze namens VIOLA im Rahmen der so genannten "e-Science-Initiative". Industriepartner wie die Deutsche Telekom, Siemens und Alcatel investieren 6 Millionen in das Prestigeprojekt. Sie können in dem Testnetz die neuesten optischen Netzwerktechniken in einer belastbaren und betriebsnahen Nutzerumgebung einführen und die Ergebnisse für die Weiterentwicklung der Produkte nutzen.
Zunächst werden Computer-Cluster im Forschungszentrum Jülich, am Fraunhofer-Institut SCAI, beim europäischen Forschungszentrum Caesar sowie an der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg zu einem Computer-Grid zusammengeschaltet. "Denn nur im Verbund sind Projekte ab einer gewissen Größenordnung überhaupt möglich", betont Caesar-Vorstand Karl-Heinz Hoffmann. Am heutigen Montag wurde im Forschungszentrum Caesar von den regionalen Partnern der Kooperationsvertrag unterzeichnet.
Das mit neuester Glasfasertechnik ausgestattete Grid VIOLA (Vertically Integrated Optical Testbed for Large Applications) erreicht zunächst Bandbreiten von bis zu 10 Gigabit/s und soll auf 40 Gigabit/s ausgebaut werden. Damit gehört VIOLA international zur Spitzengruppe der Hochgeschwindigkeitsnetzwerke. Thomas Eickermann vom Forschungszentrum Jülich hofft, dass das Netz "für deutsche Wissenschaftler die Eintrittkarte für größere internationale Kooperationen ist". Über das Hochgeschwindigkeitsnetz können die beteiligten Wissenschaftler mehrere PC-Cluster an verschiedenen Orten gleichzeitig kostenlos nutzen. Dabei sollen sie über eine garantierte Bandbreite verfügen können. Für die entsprechende Zuweisung der Ressourcen werden die Wissenschaftler noch einen Regelkatalog erarbeiten. Die Vision der Computer-Grids ist es, Wissenschaftlern hochwertige Computer-Dienste "aus der Steckdose" anbieten zu können.
Mit Hilfe von VIOLA wollen beispielsweise Jülicher Umweltforscher direkt auf zentral abgespeicherte Simulationsdatensätze zugreifen. Sie arbeiten im Verbund mit anderen Forschergruppen daran, die physikalischen Vorgänge in der Atmosphäre wie etwa die Entstehung von Ozon mit mathematischen Modellen zu beschreiben. "Nur die Visualisierung kann Einblick in die komplexen Abläufe bringen", meint Thomas Eickermann. Ein einziger Datensatz kann bis zu einem Terabyte groß sein. Leistungsfähige Visualisierungssysteme können die Vorgänge in der Atmosphäre in Echtzeit optisch darstellen. Außerdem können Wissenschaftler über VIOLA an unterschiedlichen Orten Zwischenergebnisse in der Größe von einem Gigabyte innerhalb von ein bis zwei Sekunden austauschen und Ergebnisse zeitgleich betrachten und gemeinsam auswerten. Auf diese Weise wollen die Forscher genauere Modelle in kürzerer Zeit berechnen.
Auch Industrieanwendungen werden im VIOLA-Projekt getestet, so etwa die Simulation der Züchtung von Siliziumkristallen. Das VIOLA-Netz ermöglicht Caesar-Arbeitsgruppen in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut SCAI die gekoppelte Simulation aller wichtigen Faktoren wie Strömungsberechnung, Wärmetransport und Berechnung der Fehlstellen in Kristallen. Die so gewonnenen Optimierungshinweise sollen direkt in die industrielle Kristallzüchtung eingehen.
In einem weiteren Projekt wollen die Caesar-Forscher das Layout für Biosensoren entwickeln, mit denen kleinste Mengen organischer Moleküle bestimmt werden sollen. Hierfür sind große Systeme von gekoppelten partiellen Differentialgleichengen notwendig, die piezoelastische und piezoelektrische Gleichungen in Festkörpern und Strömung in der Flüssigkeit verbinden. Mit Hilfe des Grids können die Forscher dreidimensional rechnen und damit auch wichtige Hinweise zur Parameter- und Geometrieoptimierung gewinnen.
Die einfache, sichere und effiziente Nutzung der verteilten Ressourcen wird im VIOLA-Netz durch die Grid-Software UNICORE sichergestellt, die bereits vor vier Jahren in verschiedenen deutschen und europäischen Projekten entwickelt wurde. Das Fraunhofer-Institut IMK entwickelt nun zusammen mit der Universität Bonn die Open-Source-Software UNICORE weiter, sodass das System Netzwerkverbindungen mit garantierter Bandbreite reservieren und dynamisch schalten kann. Das Netz soll an das europäische Forschungsnetz GÉANT angebunden werden, auch das polnische Wissenschaftsnetz PIONIER hat großes Interesse an einem Zusammenschluss signalisiert. Um mehrere Grids zusammenzuschalten, müssen allerdings Protokolle wie UNICORE noch standardisiert werden.
Unter Leitung des DFN-Vereins arbeiten Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Industriepartner in dem Projekt VIOLA eng zusammen. Die Erfahrungen werden in den Aufbau und die Weiterentwicklung für 2006 geplanten neuen Wissenschaftsnetzes X-WiN einfließen. Es soll das G-WiN ablösen, das heute mit Bandbreiten von 2,5 bis 10 GBit/s und Anschlussraten zwischen 0,128 Megabit/s und 2,4 Gigabit/s 550 Wissenschaftsstandorte verbindet. (Christiane Schulzki-Haddouti) / (jk)
