Investitionen in den Earth Simulator zahlen sich aus

Im März 2002 hatte der Earth Simulator genannte Supercomputer der Firma NEC in Japan den Betrieb aufgenommen. Während konventionelle Rechner nur mit vergleichsweise simplen Problemen umgehen können, erwarten die Wissenschaftler vom Earth Simulator etwas seinem Namen entsprechendes -- nämlich dass er mit der Komplexität der Vorgänge auf der Erde (zumindest ansatzweise) fertig wird. Die Wissenschaftler können guter Hoffnung sein, wie die ersten Erfahrungen zeigen.

Das japanische Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technik (MEXT) hatte umgerechnet rund 300 Millionen Euro in den vom Japan Marine Science and Technology Center (JAMSTEC) betriebenen "Ultracomputer" investiert, der vornehmlich staatlichen Forschungsprojekten zur Verfügung stehen sollte. Aber auch die Wirtschaft bekundet reges Interesse an der Nutzung des Superrechners.

Elf Unternehmen, darunter der Elektrokonzern Toshiba, das Chemieunternehmen Sumitomo Chemical und der Technologiemulti Asahi Glass, haben sich beispielsweise zusammengeschlossen, um auf dem Earth Simulator komplizierte chemische Reaktionen durchzurechnen -- zuvörderst das Verhalten von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen in Brennstoffzellen. Die Forscher wollen mit Hilfe einer eigens dafür entwickelten Software die optimalen Bedingungen ermitteln, unter denen die Moleküle durch Verschmelzung zu Wasser Energie freisetzen.

Eine Forschergruppe unter der Leitung von Professor Morinobu Endo von der Shinshu-Universität in Matsumoto hat Kohlenstoff-Nanoröhren näher untersucht und mit Hilfe des Earth Simulators bislang unbekannte thermische Eigenschaften aufgedeckt. Je länger eine Nanoröhre ist, behaupten die Wissenschaftler, umso leichter transportiert sie Wärme. In Nanoröhren sind Kohlenstoffatome hexagonal so angeordnet, dass sie eine Röhre bilden. Aufgrund ihrer Struktur sind sie auch für die Fulleren-Forscher von Bedeutung, die sich mit den auch als Buckyballs bekannten Nano-Fußbällen aus Kohlenstoff beschäftigen.

Auch die Automobilindustrie hofft von der Geschwindigkeit des Earth Simulators zu profitieren. Deren Forscher versuchen mit seiner Hilfe zu ergründen, wie sie die einzelnen Bauteile eines Fahrzeugs optimal verbinden können, oder an welchen Stellen sie welche Materialien verbauen müssen, um maximale Stabilität bei minimalem Gewicht zu gewährleisten. Der Earth Simulator taugt aber auch als Windkanalersatz. Aufwendige Versuchsaufbauten, um die optimale Windschlüpfrigkeit eines Fahrzeugs zu ermitteln, sollen damit der Vergangenheit angehören. Sämtliche Parameter können die Forscher im Rechner nachempfinden und feineinstellen und müssen nicht mehr umständlich mit der physikalischen Realität hantieren.

Mitsuhiro Matsu'ura, Professor für Seismologie an der Universität von Tokio, beschäftigt sich mit der Entstehung von Erdbeben. Auf dem Earth Simulator berechnet er, wie sich Spannungszustände in der Erdkruste beim Aufeinandertreffen tektonischer Platten auswirken. Ohne den Earth Simulator, der mehr als 1000 mal schneller sei als konventionelle Supercomputer, erklärt Matsu'ura, sei es ihm unmöglich, Berechnungen dieser Art anzustellen, die der Früherkennung von Erdbeben dienen sollen. Die japanische Regierung plant sogar, den Earth Simulator zum Kernstück eines Fünf-Jahres-Programms zur Erdbebenvorhersage zu machen. Doch der Weg zur sicheren Früherkennung sei noch lang, meint Naoshi Hirata, Professor am Erdbebenforschungsinstitut (ERI) der Universität von Tokio, aber der Earth Simulator helfe gut dabei, die Vorgänge unter der Erdoberfläche zu verstehen.

Aber nicht nur die Ereignisse unter der Erde, sondern auch die weit darüber wollen Wissenschaftler verstehen. So erhoffen sie sich, durch den Earth Simulator Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie es zu Platzregen oder Taifunen kommt. Während konventionelle Simulationen einen Wirbelsturm bestenfalls als Ansammlung von Wolken behandeln können, versprechen sich die Forscher vom japanischen Supercomputer detaillierte Erkenntnisse über die Strömungen im Innern der im deutschen Sprachraum auch als Windhose bekannten Naturphänomene.

Die 5120 NEC-Vektorprozessoren des Earth Simulators erzielen eine Spitzenleistung von 40 Teraflops und tragen damit ein Zehntel zur weltweit verfügbaren Gesamtrechenkapazität bei. Zum Vergleich: Der Linux-Cluster mit über 1000 Itanium-2-Prozessoren, den der Erdölkonzern BP nutzt, um nach Erdöl- und Erdgasvorkommen zu suchen, bringt es auf vier Teraflops.

Zum Thema siehe auch: (ola)

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