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FAU-Studierende bauen einen Supercomputer

Dirk Plachta, Eva Dengler und David Sauerwein (v.l.) gehören zum FAU-Team „deFAUlt“, das die FAU auf dem Supercomputer-Wettbewerb in Denver vertritt. (Bild: FAU/Luisa Macharowsky)

Schlaflos in Denver

In der Halle ist es laut. An Ständen sitzen Studierende an ihren Laptops und lösen Aufgaben mit Hochleistungsrechnern. Über jeder Gruppe hängt ein Bildschirm, auf dem live die Leistung ihres Superrechners zu sehen ist. Jeder Stand muss für 48 Stunden ständig besetzt sein, während die einen schlafen, tüfteln die anderen weiter. „Für den Hunger zwischendurch stehen Kühlschränke mit Mikrowellenpizzen in der Halle“, erzählt Eva Dengler, die schon zum zweiten Mal mit deFAUlt an im November an der SCC in Denver teilnimmt. Hierfür bauen sie einen Supercomputer, also einen besonders schnellen Rechner, mit dem sie verschiedene wissenschaftliche Problemstellungen lösen müssen.

Vielfalt im Team

Die Vorbereitung beginnt schon im Frühjahr, zunächst mit der Bewerbung. Besonders die Diversität, also dass die Teammitglieder unterschiedliche Hintergründe haben, spielt bei der Auswahl eine große Rolle. Johannes Hofmann, der Teamkoordinator am Lehrstuhl für Informatik 3, hat sich bemüht, Frauen, die in den MINT-Fächern unterrepräsentiert sind, sowie Erst-Akademiker – Kinder von Nicht-Akademikern – zu rekrutieren. Die Teammitglieder, die sich im Rahmen einer Lehrveranstaltung auf den Wettbewerb vorbereiten, studieren entweder Informatik oder Computational Engineering.
Ein Pluspunkt bei der Bewerbung von deFAUlt war die besondere Hardware, die das Team benutzt: Normalerweise setzt sich ein Supercomputer aus Prozessoren und Grafikkarten zusammen. Das FAU-Team nutzt in diesem Jahr mit Vektoreinheiten anstelle von Grafikkarten eine ganz neue Technik. Mit solchen Vektoreinheiten können Bild-, Ton- und Videodaten verarbeitet werden – bloß viel schneller, da ähnliche Prozesse gleichzeitig ablaufen. Noch dazu laufen auf den Vektoreinheiten auch Programme, die für normale Computer gedacht sind und auf Grafikkarten nur mit Spezialimplementierung funktionieren. „Diese spezielle Hardware hat bisher noch niemand beim SCC verwendet“, erläutert Teammitglied David Sauerwein.

Den neuen Supercomputer, mit dem die Studierenden dann bei der SCC antreten, setzen sie schon in Erlangen zusammen – auch wenn sie dann vor Ort nicht die allerneueste Technik nutzen können. Dafür haben sie mehr Zeit, um alles einzurichten. (Bild: FAU/Luisa Macharowsky)

Mit der Hardware ist es nicht getan, die Studierenden müssen auch die Software, die sie im Wettbewerb nutzen, auf ihrem Server zum Laufen bringen. Im letzten Jahr haben sie den Rechner erst in den USA zusammengebaut und mussten vor Ort viel in kurzer Zeit einrichten, damit alles funktioniert. In diesem Jahr wollten sie den Computer daher früher haben. Mehr Vorbereitungszeit bedeutet aber auch, dass sie nicht die neuste Technik verwenden können – und dass sie den Server selbst in die USA schicken müssen: „In der Vergangenheit hat das unser Hardware-Sponsor übernommen, dieses Jahr müssen wir uns selbst darum kümmern. Das nicht ganz billig, aber mit der Unterstützung durch das Gauss Centre for Supercomputing und dem DFG-Schwerpunktprogramm SPPEXA können wir die Kosten stemmen“, sagt Koordinator Johannes Hofmann.

Entziffern und simulieren

Sobald die verschiedenen Aufgaben feststehen, die gelöst werden müssen, bearbeiten je zwei Studierende gemeinsam eine wissenschaftliche Problemstellung. Im letzten Jahr mussten sie zum Beispiel mithilfe einer Deep-Learning-Anwendung handgeschriebene Ziffern erkennen oder die Teilchenbewegungen in einem Kernreaktor simulieren. Wer die meisten Aufgaben löst, erhält die meisten Punkte. Wichtig ist hierbei auch die Geschwindigkeit des Rechners – es gilt: je schneller, desto besser.
Während der SCC sammeln die Studierenden wertvolle Erfahrungen. Sie lernen in ihren Vorlesungen, wie sich die Hardware eines Servers zusammensetzt – beim Wettbewerb können sie ihr Wissen unter Beweis stellen. „Ich freue mich, dass ich das, was ich gelernt habe, auch tatsächlich in der Praxis anwenden kann“, sagt Student Dirk Plachta, der neu im Team ist. Die Studierenden finden heraus, ob sie in ihrem späteren Beruf Server bauen wollen und knüpfen gleich Kontakte zu Unternehmen.

David Sauerwein schraubt an der Hardware eines Computers. (Bild: FAU/Luisa Macharowsky)

Die Hardware wird von einem Sponsor zur Verfügung gestellt und der Wettbewerb findet parallel zu internationalen Messen und Konferenzen statt, bei denen Supercomputerhersteller die neusten Geräte vorstellen. „Viele Studierende, die an dem Wettbewerb teilgenommen haben, sind auch in diesem Bereich geblieben“, sagt Johannes Hofmann. „Den Firmen liegt es daran, dass ein Team mit ihrer Hardware den Wettbewerb gewinnt. Da lernen die Studierenden schon einmal Ingenieure aus der Firma kennen, die ihre Unterstützung anbieten“, erläutert er.
Viel Zeit, die neuen Geräte auf der Messe anzuschauen, haben die Studierenden jedoch nicht: „Man kann vielleicht einmal kurz durchlaufen“, meint Eva Dengler. Ob Neuzugang Dirk Plachta jetzt abgeschreckt ist? „Nein, die Teilnahme lohnt sich auf jeden Fall.“


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