Testangebote in und um den Green IT Cube der GSI

Rechenpower trifft Nachhaltigkeit – High Performance Computing im Green IT Cube

Wenn Daten zur entscheidenden Ressource werden, braucht es Rechenleistung, und davon oft viel. Im Green IT Cube der GSI in Darmstadt wird genau das möglich: Hier trifft Hochleistungsrechnen (High Performance Computing, HPC) auf nachhaltige Technologie.

Was bislang vor allem in der Spitzenforschung genutzt wurde, wird zunehmend auch für kleine und mittlere Unternehmen relevant: etwa bei der Entwicklung neuer Materialien, in der Prozessoptimierung oder für datenintensive Produktinnovationen.

Im Interview erklären Mohammad Al-Turany, Gruppenleitung IT Scientific Services and Research an der GSI und Helmut Kreiser, Leitung Green IT Cube an der GSI, was hinter dem Green IT Cube steckt, wie HPC konkret funktioniert und warum leistungsstarkes, energieeffizientes Rechnen heute ein Schlüssel für digitale Wettbewerbsfähigkeit ist.

Was genau versteht man unter High Performance Computing, und warum ist das Thema auch für kleinere Unternehmen relevant?

Al-Turany: High Performance Computing (HPC) bezeichnet den Einsatz leistungsstarker Rechensysteme zur Verarbeitung komplexer Berechnungen und Datenauswertungen, die mit herkömmlichen Computern nicht effizient durchführbar wären.

Für kleinere Unternehmen (KMU) ist HPC relevant, da es ihnen Zugang zu Ressourcen für anspruchsvolle Anwendungen wie Simulationen und/oder Datenanalyse ermöglicht, Bereiche, die sonst aufgrund hoher Infrastrukturkosten oft unerschwinglich sind.

Wie läuft eine HPC-Beratung bei Ihnen konkret ab – vom ersten Gespräch bis zur Umsetzung?

Al-Turany: Zu Beginn einer HPC-Beratung wird der bestehende Workflow analysiert, um Rechen-, Speicher- und I/O-Anforderungen zu erfassen. Anschließend werden Benchmarking und Skalierungstests durchgeführt, um geeignete Architekturen, Parallelisierungsstrategien (z. B. MPI, GPU, Containerisierung) und Ressourcenmodelle zu identifizieren. Auf dieser Grundlage wird ein optimiertes HPC-Konzept mit passender Scheduler-Konfiguration (z. B. Slurm) und Datenmanagementstrategien entwickelt und implementiert. Schließlich werden Integration, Leistungsoptimierung und Anwenderschulungen durchgeführt, um einen effizienten Betrieb und eine effiziente Überwachung der Systeme sicherzustellen.

Welche Herausforderungen begegnen Ihnen bei KMU, wenn es um datenintensive Anwendungen oder Simulationen geht?

M. Al-Turany: Viele kleine und mittlere Unternehmen stehen vor ganz praktischen technischen Herausforderungen, wenn es um datenintensive Anwendungen oder Simulationen geht. Meist fehlt es bereits an der nötigen Infrastruktur wie eigenen Hochleistungsrechnern oder ausreichend großen Speichersystemen. Moderne Simulationen oder KI-Modelle erfordern aber oft parallele Verarbeitung, schnellen I/O-Umgebungen und große Datenvolumina. Auch der Umgang mit Slurm, Container, verteilte Dateisysteme oder Batch-Systeme ist den meisten KMU nicht vertraut. Fehlendes Know-how bei der Parallelisierung – etwa mit MPI, OpenMP oder GPU-Computing – erschwert zusätzlich den Einstieg. Oft fehlen zudem geeignete Backup- oder Archivierungslösungen, um die Daten sicher zu übertragen, zu speichern und auszuwerten. Insbesondere bei Kundendaten stellt der Datenschutz noch zusätzliche Anforderungen.

Neben den technischen Herausforderungen gibt es auch organisatorische Hürden. KMU haben selten IT-Fachkräfte mit HPC- oder Data-Science-Erfahrung. Der Betrieb von Rechenclustern oder großen Datenpipelines erfordert kontinuierliche Administration und Monitoring, was in vielen Unternehmen nicht abgedeckt ist.

Der Green IT Cube gilt als besonders energieeffiziente Recheninfrastruktur. Können Sie erklären, was ihn technisch und ökologisch auszeichnet?

Kreiser: Ein Gesamtkonzept aus der baulichen Anordnung aller Komponenten, einem kompakten Gebäude sowie einer innovativen Kühlungstechnik zeichnet ihn aus: Passiv gekühlte Rack-Rücktüren nutzen die Server-Ventilatoren zur direkten Kühlung der heißen Abluft, Verdunstungskühltürme zur Kühlwassererzeugung und der Verzicht auf große Luftumwälzventilatoren senken den Energiebedarf. Zudem erfolgt die Stromversorgung über zwei unabhängige Einspeisungen aus den deutschen Hoch- und Höchstspannungsnetzen – ohne USV- oder Netzersatzanlagen.

Für den Serverkern über sechs Ebenen wurde eine Stahlstruktur in Hochregallager-Ausführung gewählt. Dies ermöglicht im Betrieb einen ressourcenschonenden Energieeinsatz (PUE ~ 1,07), senkt die Investitionskosten und gewährleistet eine hohe Wiederverwertbarkeit von Materialien nach Lebensende (graue Energie).

Welche Entwicklungen erwarten Sie in den nächsten Jahren im Bereich nachhaltiges Hochleistungsrechnen – und wie bereiten Sie sich darauf vor?

Kreiser: Die Nutzung der Abwärme von Rechenzentren wird zunehmend an Bedeutung gewinnen. In Kombination mit Wärmepumpen können zum Beispiel Niedrigenergiehäuser beheizt werden. Die so erreichten unteren und mittleren Temperaturbereiche lassen sich auch in anderen Bereichen nutzen. Der Einsatz von direkt flüssigkeitsgekühlten Serversystemen (DLC, Direct Liquid Cooling) wird für Hochleistungssysteme im Rechenzentrumsumfeld stärker verbreitet. Dadurch entstehen höhere Abwärmetemperaturen (50–60 °C), die beispielsweise über Wärmepumpen in Fernwärmenetze eingespeist werden können. Dies ermöglicht die Integration nachhaltiger Rechenzentren in städtische Infrastrukturen. Der Green IT Cube heizt bereits seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2016 mithilfe einer Wärmepumpe ein Büro- und Kantinengebäude durch Baukern-Aktivierung.