Seit mehr als vier Jahrzenten bildet und stärkt das wissenschaftliche Rechnen mit Simulationen auf High Performance Computing (HPC) Systemen die Brücke zwischen den zwei klassischen Säulen der Wissenschaft: Theorie und Experiment. Maßgeblich bekräftigt durch die bislang exponentiell wachsende Leistungsfähigkeit von HPC-Systemen, wird heute „Simulation“ als dritte Säule der modernen Wissenschaft bezeichnet.

"Computational Science“ ermöglicht es Forschenden, Modelle von komplexen Phänomenen sowie neue Theorien zu entwickeln und zu überprüfen. Dadurch können neuartige Informationen, Innovationen und Erkenntnisse gewonnen werden, was mit traditionellen Methoden aus unterschiedlichsten Gründen nicht möglich wäre. Somit eröffnet die Disziplin „Simulation und Computational Science“ Forschungsmöglichkeiten, wenn Experimente nicht umsetzbar, zu kosten- oder zeitintensiv oder zu gefährlich sind – beispielsweise in den Themenfeldern Klima- und Energieforschung, Umwelt, Gesundheit und Mobilität.

Als Ziel für den Zeitraum von 2017 bis 2024 soll die erfolgreiche baden-württembergische Strategie für HPC zu einer integrierten Strategie für HPC und DIC weiterentwickelt werden. Somit wird ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal des Landes in der Wissenschafts-Unterstützung weiter ausgebaut. Dazu wird am  Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) eine Weiterführung des baden-württembergischen Engagements für die nationale und international ausgerichtete HPC-Leistungsebene 0/1 im Gauss Centre for Supercomputing (GCS) verfolgt – auch im europäischen Kontext. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fungiert mit dem  Steinbuch Centre for Computing (SCC) als Zentrum für das Nationale Hochleistungsrechnen (NHR) und bedient damit die fachspezifisch national ausgerichtete HPC-Leistungsebene 2. Ebenso engagiert sich das KIT besonders beim Ausbau und bei der Weiterentwicklung von Ressourcen und methodischem Wissen hinsichtlich des Data Intensive Computings.

An fünf Universitätsstandorten (Freiburg, Heidelberg, Tübingen, Ulm, KIT) ist die Basisversorgung mittels Rechenclustern für den HPC-Einstieg angesiedelt. Für eine optimale landesweite Unterstützung der Anwenderinnen und Anwender sind die einzelnen Standorte auf spezifische Fachdisziplinen ausgerichtet: Im Rahmen dieses Profils versorgen sie die entsprechenden Nutzergruppen in ganz Baden-Württemberg.

• Freiburg: Cluster für die Fächer Materialwissenschaften, Mikrosystemtechnik, Neurowissenschaften und Partikelphysik
• Heidelberg: Cluster für die Fächer Molekulare Lebenswissenschaften, Medizin, Physik der weichen Materie sowie Wirtschafts- und Sozialwissenschaften
• Tübingen: Cluster für die Fächer Astrophysik, Bioinformatik, Geowissenschaften, Pharmazie und Medizininformatik
• Ulm: Cluster für die Fächer theoretische Chemie, Quantenphysik und Physik der kondensierten Materie
• Karlsruhe/KIT: Grundversorgung weiterer Fächer

BaWü-Daten-Föderation

Neben Weiterentwicklungen im Hoch- und Höchstleistungsrechnen nennt der Wissenschaftsrat den rasch zunehmenden Einsatz von Data Analytics als Trend. Damit ist der Erkenntnisgewinn aus gemessenen oder anderweitig gewonnenen Daten gemeint. Solche Aufgaben sind sehr rechenintensiv und erfordern eine leistungsfähige Verwaltung sehr großer Datenmengen – Data Intensive Computing (DIC).

Zur Verknüpfung der HPC-Infrastrukturen mit den Datenspeicher- und Datenanalyseinfrastrukturen entsteht eine BaWü-Daten-Föderation auf Basis des Wissenschaftsnetzes BelWü sowie der baden-württembergischen Identitäts-Föderation an den Hochschulen (bwIDM). Die Vorteile einer solchen Föderation sind vielfältig, darunter die Beibehaltung der Datenhoheit, Korrelationsmöglichkeiten von interdisziplinären Daten – zum Beispiel aus der Umwelt- und Energieforschung – sowie die Langzeitarchivierung (Speicherung an zwei Orten zur Redundanzerhöhung). Dazu kommt das Replizieren der Daten zwecks besserer Zugriffsmöglichkeiten. Die BaWü-Datenföderation etabliert sich eng angebunden an nationale und europäische Strukturen.

Das im Land geschaffene HPC-/DIC-Ökosystem stellt einen wesentlichen Baustein der digitalen Strategie Baden-Württembergs dar und ist von zentraler Bedeutung, um BW als wettbewerbsfähigen Forschungsstandort zu positionieren. Es deckt die Bereiche Rechner, Netze und Daten für die Forschung landesübergreifend ab und ermöglicht gleichzeitig eine Verankerung der Landesstrategie in nationalen und europäischen Gesamtstrategien. Die digitalen Forschungsinfrastrukturen stehen hochschulartenübergreifend allen Forschenden im Land nach wissenschaftsgeleiteten Kriterien zur Verfügung. Darüber hinaus werden im Rahmen des Konzepts auch Politik und Gesellschaft eingebunden, um das Potenzial der computergestützten Simulation einerseits ins öffentliche Bewusstsein zu bringen und um es andererseits für politische und gesellschaftliche Prozesse zu nutzen.