Die EU-Kommission kündigt Investitionen von 1 Milliarde Euro an für den Bau von Supercomputern

Europas Startschuss zur Aufholjagd

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Kommissarin Mariya Gabriel informiert über die Pläne der EU zur Entwicklung einer europäischen Hochleistungsrechner-Infrastruktur anlässlich der Pressekonferenz im Januar in Brüssel. Bild: EC – Audiovisual Service / Lukasz Kobus
Die Schweiz gehört auf dem Gebiet der Höchstleistungsrechner zu den Vorreitern. Der «Piz Daint», benannt nach einem Berg im Bündner Val Müstair, am Nationalen Rechenzentrum CSCS in Lugano ist ein Supercomputer vom Typ Cray XC30 und wurde ursprünglich 2013 in Betrieb genommen. Dank eines im letzten Quartal 2016 erfolgten Upgrades erreicht er eine Rechenleistung von 19,6 Petaflops, womit er der leistungsstärkste Supercomputer Europas und die Nummer Drei der Welt ist. Bild: CSCS
Antonio Suarez / Redaktor Smart Tech /

Die Europäische Kommission gab bekannt, gemeinsam mit den Mitgliedstaaten den Aufbau einer Supercomputer-Infrastruktur voranzutreiben. Dafür soll bis 2026 rund eine Milliarde Euro investiert werden. Ziel ist es, den internationalen Anschluss gegenüber den Konkurrenten aus China, Japan und den USA nicht zu verpassen. Die Eidgenossenschaft ist als Unterzeichnerstaat beteiligt.

Um die Wettbewerbsfähigkeit und ihre Unabhängigkeit in der Datenwirtschaft zu erhöhen, will die Europäische Union (EU) in einer ersten Tranche bis 2020 Finanzmittel in der Höhe von 486 Millionen Euro in das gemeinsame Unternehmen EuroHPC investieren. HPC steht für «High-Performance Computing», also Hochleistungsrechnen, und ist in vielen Gebieten der Forschung und Entwicklung ein unverzichtbares Werkzeug. Ziel der Investition ist die Bereitstellung von Systemen mit einer Rechenleistung im Vor-Exa-Bereich, was hundert Billiarden Rechenoperationen in der Sekunde ermöglicht. Hierzu sollen zwei Weltklasse-Supercomputer der Mittelklasse erworben erwerben, welche für ein breites Spektrum öffentlicher und privater Nutzer zur Verfügung stehen sollen.

In einem zweiten Entwicklungsschritt (2021-2022) will die Europäische Kommission einen weiteren Betrag in ähnlicher Höhe von rund einer halben Milliarden Euro von den Mitgliedstaaten, assoziierten Ländern und privaten Investoren auftreiben. Diese zusätzlichen Mittel sollen in die Entwicklung einer europäischen Hochleistungsrechentechnik sowie einer ersten europäischen Mikroprozessorgeneration mit geringem Stromverbrauch eingebracht werden. Ausserdem wird mit diesen Geldern ein Entwurf für einen Rechner im Exa-Massstab bereitgestellt, ein System, das eine Trillion Rechenoperationen pro Sekunde ermöglicht.

Start zur Aufholjagd

«Supercomputer sind der Motor der digitalen Wirtschaft. Die EU muss in diesem harten Rennen aufholen», erklärte Vize-Kommissionspräsident Andrus Ansip aus Rumänien, zuständig für den digitalen Binnenmarkt, an einer Pressekonferenz in Brüssel im Januar. Mit der EuroHPC-Initiative wolle man europäischen Forschern und Unternehmen erstklassige Superrechnerkapazitäten zur Verfügung stellen, um Technologien wie künstliche Intelligenz zu entwickeln und die künftigen Alltagsanwendungen in Bereichen wie Gesundheitswesen, Sicherheit oder Ingenieurwesen bereitzustellen.

Die für digitale Wirtschaft und Gesellschaft zuständige Kommissarin Mariya Gabriel aus Bulgarien ergänzte: «Supercomputer sind bereits die treibende Kraft bei bahnbrechenden Fortschritten und Innovationen in vielen Bereichen, die das Leben der europäischen Bürger unmittelbar betreffen. Sie ermöglichen uns ein effizienteres Vorgehen bei der Entwicklung der personalisierten Medizin, beim Energiesparen und beim Kampf gegen den Klimawandel. Eine bessere europäische Supercomputer-Infrastruktur bietet enormes Potenzial für die Schaffung von Arbeitsplätzen und ist von zentraler Bedeutung für die Digitalisierung der Industrie sowie die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Wirtschaft.»

Bedarfs- und Investitionslücke schliessen

Derzeit verfügt Europa zwar über zwei Supercomputer in den Top Ten der Welt – einer davon am Centro Svizzero di Calcolo Scientifico (CSCS) in Lugano –, trotzdem klaffe noch eine Bedarfslücke, da viele europäische Wissenschaftler und Unternehmen ihre Daten ausserhalb Europas verarbeiten lassen müssten, hiess es in einer Pressemitteilung der Kommission. Wenn Daten ausserhalb des Kontinents verarbeitet würden, ergäben sich jedoch Probleme hinsichtlich der Privatsphäre, des Datenschutzes, des Schutzes von Betriebs- und Geschäftsgeheimnissen sowie des Eigentums an den Daten. Obwohl zahlreiche Mitgliedstaaten auf nationaler Ebene beträchtliche Investitionen zur Entwicklung und Anschaffung von HPC-Infrastrukturen aufgebracht hätten, genügten diese nicht, um gegen die Konkurrenz aus den Vereinigten Staaten, China oder Japan bestehen zu können.

Die EU-Kommission hat die bestehende Investitionslücke auf einen Gesamtbetrag von rund 500 bis 750 Millionen Euro pro Jahr veranschlagt. Der Bedarf an materiellen und finanziellen Mitteln habe inzwischen eine Grössenordnung erreicht, bei der kein einzelnes Land in Europa mehr in der Lage sei, ein solches System nachhaltig und in einem der aussereuropäischen Konkurrenz vergleichbaren Zeitrahmen aufzubauen. Deshalb müssten die Mitgliedstaaten ihre Mittel bündeln, hiess es weiter.

Schweiz gehört zu Unterzeichnerstaaten

Der Plan der EU-Kommission stützt sich auf die im Rahmen der Strategie zur Digitalisierung der europäischen Industrie im April 2016 unterzeichnete Europäische Cloud-Initiative und auf die im März vergangenen Jahres unterzeichnete EuroHPC-Erklärung, die inzwischen von zwölf Mitgliedsländern sowie der Schweiz mitgetragen wird. Zu den am Projekt beteiligten EU-Staaten gehören Deutschland, Frankreich, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Portugal, Spanien, Belgien, Slowenien, Bulgarien, Griechenland und Kroatien. In deren gemeinsamen Eigentum wird die gemeinsam geplante und betriebene Infrastruktur stehen.

Doch nicht nur Körperschaften des öffentlichen Rechts sind am Euro-HPC-Projekt beteiligt. Auch privaten Mitgliedern und Interessenträgern steht es offen. Zwei öffentlich-private Partnerschaften – das ETP4HPC und die Big Data Value Association – haben bereits schriftlich ihre Unterstützung für die Gründung des gemeinsamen Unternehmens zugesichert. Der Betrieb des Gemeinschaftsunternehmens ist für das Jahr 2019 angepeilt und soll bis Ende 2026 fortgeführt werden.

Die Finanzierung erfolgt über die Haushaltsmittel, die im laufenden mehrjährigen Finanzrahmen vorgesehen sind, und zwar insbesondere aus dem Rahmenprogramm «Horizon 2020» sowie der Fazilität «Connecting Europe». Ein vergleichbarer Betrag wird von den beteiligten Staaten als Teil ihrer nationalen HPC-Programme einfliessen.

Verkürzung der Produktionszyklen

Das «High-Performance Computing» ist ein Teilgebiet der elektronischen Rechentechnik, das wissenschaftliche und ingenieurstechnische Aufgaben betrifft, für die der Rechenaufwand so anspruchsvoll ist, dass die Berechnungen mit üblichen Allzweckrechnern nicht durchgeführt werden können. Es ermöglicht die Verarbeitung grosser Datenmengen und die Durchführung komplexer Rechenoperationen.

Die EuroHPC-Infrastruktur wird der europäischen Industrie und insbesondere auch kleineren und mittleren Unternehmen einen besseren Zugang zu Supercomputern ermöglichen, damit sie innovative Produkte entwickeln können. Von dieser Infrastruktur werden diverse Wirtschaftszweige profitieren können. Sie wird Entwurfs- und Produktionszyklen erheblich verkürzen, die Konzeption neuer Werkstoffe beschleunigen, Kosten senken, die Ressourceneffizienz steigern und die Entscheidungsprozesse verkürzen und optimieren helfen. Auch für die Sicherheit und Verteidigung, die Entwicklung komplexer Verschlüsselungstechnik und die Rückverfolgung von Cyberangriffen verspricht sich die EU neue Impulse.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Von Nutzen ist die geplante HPC-Infrastruktur für diverse Wissenschafts- und Industriezweige. Die EU-Kommission spricht in diesem Zusammenhang von einem «unverzichtbaren Werkzeug» für eine breite Palette wissenschaftlicher, industrieller und gesellschaftlicher Herausforderungen.

So sind Hochleistungsrechner heute zum Beispiel eine wichtige Stütze in der Klimaforschung und –vorhersage, weil sie genauere Wettervorhersagen in Echtzeit erlauben. Selbst bei der Vorhersage und Bewältigung grosser Naturkatastrophen sowie bei der Untersuchung des Verhaltens der Meere und Ozeane dank Simulationen in immer höherer Auflösung sind sie schon heute ein wichtiges Instrument.

Auch bei der Konzeption von Anlagen zur Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen werden Hochleistungsrechner eingesetzt, zum Beispiel für die Entwicklung hochleistungsfähiger photovoltaikscher Werkstoffe, für die Erprobung neuer und effizienterer Materialien für Solarzellen oder zur Optimierung von Turbinen für die Stromerzeugung. Auch für die Forschung auf dem Feld der experimentellen Fusionsreaktion werden solche Supercomputer eingesetzt, um etwa das Verhalten des Fusionsplasmas und die Energiezufuhr zu simulieren und zu steuern.

Ein weiteres Einsatzgebiet sind die personalisierte und die Präzisionsmedizin, wo es darum geht, Informationen über die menschliche Genetik, Proteine und Umweltfaktoren zu verarbeiten, um Erkrankungen zu verhüten und zu behandeln. Dank der HPT-Technik können Diagnosen und Analysen effizienter durchgeführt und damit die Dauer von mehreren Wochen auf wenige Tage verkürzt werden. HPC ist auch Dreh- und Angelpunkt für die Entwicklung neuer Arzneimittel, insbesondere bei der Erprobung neuer Moleküle. Auch für die Gehirnforschung ist die Technik ein bedeutender Impulsgeber, zum Beispiel beim laufenden «Human Brain Project».

In der Landwirtschaft gelangen HPC-gestützte Anwendungen beispielsweise bei den RFID-Tags beziehungsweise Funketiketten zum Einsatz, welche grosse Mengen an Informationen über Feuchtigkeit, Gewicht und GPS-Positionen von Heuballen speichern und übermitteln können.

Entwicklung autonomer Fahrzeugsysteme

Ferner unterstützt die Hochleistungstechnik den Aufbau von «Smart Cities», also von «intelligenten» Städten durch eine effizientere Steuerung grosser Verkehrsinfrastrukturen, für die enorme Datenmengen in Echtzeit ausgewertet werden müssen. Gerade im Bereich der Entwicklung autonomer Fahrzeuge ist die HPC-Technik von grösster Bedeutung, greifen doch solche Fahrzeuge ständig auf eine grosse Datenmenge zurück, um die Navigation, die Strassenbedingungen, den Fahrzeugzustand sowie den Komfort und die Sicherheit der Passagiere zu überwachen und zu optimieren. Fahrerlose Autos müssen ständig mit ihren Management- und Überwachungssystemen austauschen und mit grossen Datenbanken synchronisieren, die sie mit Echtzeit-Informationen über das örtliche Umfeld, die Verkehrslage, Notmeldungen und Wetterbedingungen versorgen.

Schliesslich sind Supercomputer von Relevanz bei der Erforschung des Weltraums in der Kosmologie und Astrophysik. Es bedarf ihrer Rechenleistung, um die gewaltigen Vorgänge nach dem Urknall, die Gravitationswellen erzeugt haben, simulieren zu können, um Supernovas und Doppelsternsysteme aufzuspüren oder dunkle Materie und Energie besser verstehen zu können.