VIOLA: Computernetz der Zukunft startet in Test-Region Highspeed für die Wissenschaft - scinexx | Das Wissensmagazin
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VIOLA: Computernetz der Zukunft startet in Test-Region

Highspeed für die Wissenschaft

© Forschungszentrum Jülich

Ob Klimaprognose oder Wachstumssimulation – immer schnelleren Datentransfer brauchen Wissenschaftler für ihre Forschungen, immer größere Bandbreiten, immer leistungsfähigere Computer. Mit dem Projekt VIOLA soll jetzt ein Computernetzwerk aufgebaut werden, das Wissenschaftlern dank neuester Glasfasertechnik den Datenaustausch in Hochgeschwindigkeit erlaubt.

Im Gegensatz zum allgemein zugänglichen World Wide Web, in dem ein Computer über mehrere Relaisstationen auf Daten zugreifen muss und dabei sehr viel Zeit verliert, wird VIOLA, das Vertically Integrated Optical Testbed for Large Applications, Rechner in mehreren Hundert Kilometern nahezu in Echtzeit miteinander verbinden. Möglich wird dies durch Bandbreiten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde, das entspricht mehr als dem tausendfachen einer T-DSL-Leitung. So können Forscher Rechnerressourcen an anderen Standorten effektiv nutzen, um komplexe Operationen wie beispielsweise die Auswertung und Darstellung atmosphärischer Daten durchzuführen. Das Forschungszentrum Jülich, die Fraunhofer-Institute in St. Augustin und die Universität Bonn bilden den Kern des neuen Experimentalnetzwerkes, das bereits jetzt zur internationalen Spitzengruppe der Hochgeschwindigkeitsnetze gehört.

Cluster fürs Klima

Im VIOLA-Projekt werden in einem Testnetz die neuesten optischen Netzwerktechnologien intensiv geprüft und praxisnah erprobt. Über das Hochgeschwindigkeitsnetz können Wissenschaftler mehrere PC-Cluster an verschiedenen Orten gleichzeitig nutzen, um deren Rechenleistung zu bündeln. Zunächst werden Parallelrechner im Forschungszentrum Jülich, am Fraunhofer-Institut SCAI in Sankt Augustin, bei caesar in Bonn sowie an der FH Bonn-Rhein-Sieg zu einem Netz, einem so genannten „Compute-Grid“ zusammengeschaltet. Der so entstandene Großrechner mit mehreren hundert Prozessoren wird für die Klimaforschung genutzt.

Zum ersten Mal können dann Umweltforscher aus Jülich auf zentral abgespeicherte, riesige Simulationsdatensätze zugreifen, von denen ein einziger bis zu einem Terabyte groß ist. Das entspricht dem Inhalt von etwa 1.500 CDs. Leistungsfähige Visualisierungssysteme, die an das Netz gekoppelt sind, stellen die Vorgänge in der Atmosphäre in Echtzeit optisch dar. „Wir brauchen ein so schnelles Netzwerk wie VIOLA, damit Wetterforscher direkt auf die enorm großen Simulationsdatensätze zugreifen können“, so Herwig Zilken vom Forschungszentrum Jülich. „Oft interessieren sich die Wissenschaftler ja nur für bestimmte Daten, wie zum Beispiel Luftdruck. Außerdem ermöglicht diese Vernetzung den Wissenschaftlern, gleichzeitig an verschiedenen Standorten ihre Simulationsergebnisse zu betrachten und zu interpretieren.“

Kristalle im Netz

Auch Industrieanwendungen werden im VIOLA-Projekt getestet, so etwa Wachstumssimulationen für gezüchtete Siliziumkristalle. Silizium ist der Grundstoff für die Halbleiterindustrie. Das VIOLA-Netz ermöglicht caesar-Arbeitsgruppen in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut SCAI die Simulation aller wichtigen Faktoren wie Strömung, Wärmetransport und Berechnung der Fehlstellen in Kristallen. Damit werden wichtige Hinweise für eine optimierte Kristallzüchtung geliefert, die anschließend direkt in die industrielle Produktion eingehen werden.

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UNICORE managt Einzel-Rechner

Die einfache, sichere und effiziente Nutzung der verteilten Ressourcen wird im VIOLA-Netz durch die Grid-Software UNICORE sichergestellt, die in verschiedenen deutschen und europäischen Projekten entwickelt wurde. UNICORE wird nun um zusätzliche Funktionen erweitert, damit zum richtigen Zeitpunkt sowohl die Rechner als auch die benötigten Netzwerkbandbreiten für die Kommunikation zwischen den Rechnern zur Verfügung stehen. Als Voraussetzung dafür entwickelt das Fraunhofer-Institut IMK zusammen mit der Universität Bonn ein System, das es Anwendern erlauben wird, Netzwerkverbindungen mit garantierter Bandbreite zu reservieren und dynamisch zu schalten.

Alle mit VIOLA gewonnenen Erfahrungen werden in den Aufbau und die Weiterentwicklung des ab 2005 geplanten neuen Wissenschaftsnetzes X-WiN einfließen. Dieses soll das derzeitige G-WiN ablösen, das 550 Wissenschaftsstandorte verbindet. Für die industriellen Partner schafft VIOLA die Möglichkeit, neue Systemtechnik zu testen und die Ergebnisse für die Weiterentwicklung der Produkte zu nutzen.

(idw – center of advanced european studies and research – Universität Bonn, 21.09.2004 – ESC)

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