Der Wissens- und Erkenntnisgewinn in vielen Bereichen der Wissenschaft in Nordrhein-Westfalen ist heute oftmals nur noch mit Hilfe geeigneter Methoden und Infrastrukturen aus dem Bereich des wissenschaftlichen Hochleistungsrechnen bzw. High-Performance-Computing (HPC) möglich. Darunter werden Technologien und Verfahren zusammengefasst, mit denen sich komplexe Rechenaufgaben mit hoher Leistung ausführen lassen. Ziel ist, mit Hilfe von Clustern leistungsfähiger Prozessoren/Beschleunigern die Bearbeitung von Daten und komplexe rechenintensive Berechnungen mit sehr hohen Geschwindigkeiten durchführen zu können. Dies umfasst insbesondere auch die speziellen Hardware-Technologien wie GPGPUs und auch neue, mehr interaktive, Betriebsmodelle, welche besonders bei den Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) und des Maschinellen Lernens benötigt werden.

Der einfache Zugang zu den HPC-Rechenressourcen ist ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Hochschulen in NRW. Vor dem Hintergrund massiv steigender Bedarfe durch eine immer diverser werdende Nutzer*innengruppe ist es das gemeinsame Ziel des Landes und der Digitalen Hochschule NRW, die effiziente Versorgung aller Hochschulen in NRW mit den notwendigen Rechenressourcen sicherzustellen.

Basierend auf den Empfehlungen des Wissenschaftsrates von 2012 ist das aktuelle deutsche HPC-Ökosystem als HPC-Versorgungspyramide strukturiert. Auf der höchsten Versorgungsebene, der Ebene 1, befinden sich die Rechner der höchsten Leistungsklasse, die sog. Nationalen Höchstleistungsrechenzentren. Von diesen bundesweit drei Rechenzentren steht mit dem Jülich Supercomputing Centre (JSC) ein Zentrum in NRW. Die Ebene 2 ist geprägt von den HPC-Zentren mit überregionalen Aufgaben und Rechenkapazitäten für hochkomplexe Anwendungsgebiete. Hier ist das Nationale Hochleistungsrechnen (NHR) mit bundesweit insgesamt neun Zentren vertreten, wovon zwei Zentren in NRW, an der RWTH Aachen und der Universität Paderborn, angesiedelt sind. Hinzu kommen thematisch spezialisierte Hochleistungsrechenzentren, wie das an der Universität Köln. Im Anschluss kommen auf der Ebene 3 regionale und lokale Universitätsrechner, die in ihrer Leistungsfähigkeit auf das Gros der Rechenaufgaben im Wissenschaftsbereich ausgerichtet sind. Zudem gibt es noch Rechenressourcen auf Ebene der Fakultäten, Institute und wissenschaftlichen Arbeitsgruppen der Hochschulen, die in NRW als Ebene 4 bezeichnet werden. Letztere sind in der Regel deutlich weniger effizient, weil sie — anders als hochschulweit betriebene Systeme — nur punktuell ausgelastet sind und nicht dem aktuellen Stand der Technik bezüglich Energieeffizienz und Kühlung entsprechen. Häufig stellen sie sowohl hinsichtlich der IT-Sicherheit als auch hinsichtlich der Arbeitssicherheit (insbesondere Brandschutz) ein Risiko dar. Aus diesen Gründen soll der Einsatz von Ebene 4-Rechenressourcen an den öffentlich-rechtlichen Hochschulen in Trägerschaft des Landes NRW zukünftig so weit wie möglich vermieden bzw. reduziert werden.

Eine Übersicht über die HPC-Infrastruktur an den Hochschulen in NRW ist hier zu finden.

©IT Center, RWTH Aachen

Die Digitale Hochschule NRW verabschiedet gemeinsam mit dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes NRW fortlaufend Landeskonzepte für HPC in NRW. Gegenstand der Landeskonzepte ist die landesweit koordinierte Bereitstellung von HPC-Systemen sowie Beratungs- und Schulungsangeboten.

Das Kompetenznetzwerk HPC.NRW kombiniert die Expertise der drei großen universitären HPC-Zentren der Ebene 2 in Nordrhein-Westfalen mit derjenigen der neun universitären Zentren auf Ebene 3 der Versorgungspyramide und bietet eine kompetente und breit aufgestellte Anlauf- und Beratungsstelle für die HPC-Nutzenden und die Betreiber von HPC-Zentren im Land Nordrhein-Westfalen. Das Kompetenznetzwerk stellt zudem die Grundversorgung für Standorte ohne Ebene 3-Zentren und der Hochschulen für angewandte Wissenschaften sicher. Für Ebene 2-Zentren wurde ein einheitlicher, strukturierter Zugang für HPC-Nutzende aller Hochschulen in NRW etabliert. So wird Forschung vorangetrieben und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterstützt.

Die Gründung des hpc-Netzwerkes erfolgte auf Basis des ersten HPC-Landeskonzeptes 2018. Es hat mehrere Förderphasen:

1. Förderphase: 4/2019 bis 4/2022 (Verlängerung bis 3/2023)

2. Förderphase 4/2023 bis 12/2024

Ab 2024 erfolgte auf Empfehlung der Digitalen Hochschule NRW die Errichtung einer Landesgeschäftsstelle HPC.nrw an der RWTH Aachen und die Verstetigung der Stelle für die Geschäftsführung. Zudem erhielten die RWTH Aachen, die Universität zu Köln und die Universität Paderborn als HPC-Standorte der Ebene 2 jeweils eine verstetigte Stelle

• zur Anbindung an die NHR-Standorte und die zentralen Ebene-3-Systeme, 
• zur Erhöhung der Durchlässigkeit zwischen den Ebenen 3 und 2 in NRW, 
• für ein landesweites HPC-Schulungsprogramm sowie Reporting und Monitoring der Systeme und 
• für die stetige Weiterentwicklung der Handlungsfelder des Kompetenznetzwerkes. 

3. Förderphase: Ab 1/2025 auf Basis des HPC-Landeskonzepts 2024 in Planung!

Das Netzwerk HPC.NRW erreichen Sie unter dem folgenden Link: https://hpc.dh.nrw/de/ 

Das Land verfolgt gemeinsam mit der Digitalen Hochschule NRW das Ziel, die HPC-Ressourcen im Land sukzessiv an wenigen Standorten zu bündeln und gemeinsam durch die Hochschulen betreiben zu lassen, um Synergie- und Skaleneffekte zu nutzen. Hierzu sollen an wenigen Standorten in Nordrhein-Westfalen allgemeine und thematisch spezialisierte HPC-Ebene 3-Systeme aufgebaut werden.