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  • 22.02.2017
  • von Erik Wenk

Albert-Einstein-Institut Potsdam: Der Raumzeitrechner

von Erik Wenk

Der Superrechner Minerva in Potsdam-Golm. Foto: Andreas Klaer

Der neue Supercomputer „Minerva“ des Potsdamer Albert-Einstein-Instituts soll die Geheimnisse der Gravitationswellen ergründen. Ein Besuch im Rechenzentrum auf dem Campus Potsdam-Golm.

Potsdam - Im Keller des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Golm ist es angenehm kühl. Nur wenige Schritte sind es durch den weißgestrichenen Gang, bis man vor dem Raum steht, in dem der Großrechner „Minerva“ die Geheimnisse des Universums ergründet: Gravitationswellen, Schwarze Löcher, die Relativitätstheorie. Cluster-Administrator Steffen Grunewald, der technische Hauptverantwortliche für Minerva, dreht sich kurz um, bevor er den Raum betritt: „Da drinnen werde ich nichts mehr sagen.“ Das hat nichts mit Ehrfurcht vor dem 1,96 Millionen Euro teuren Supercomputer zu tun, der nach der römischen Göttin der Weisheit benannt wurde, sondern mit der Tatsache, dass es im Raum schlicht zu laut für eine Unterhaltung ist. Bereits durch die graue Stahltür hindurch lässt sich ein deutliches Dröhnen vernehmen.

Hinter der Tür ist es so laut wie im Maschinenraum eines Schiffes

Grunewald öffnet die Tür: Dahinter ist es so laut wie im Maschinenraum eines Schiffes. Schlicht und eindrucksvoll zugleich erstrecken sich 17 mannshohe Regale voller blau blinkender Rechner, die zusammen „Minerva“ ergeben. 9504 Rechnerkerne mit insgesamt 38 Terabyte Arbeitsspeicher surren geschäftig vor sich hin. Die Geräuschkulisse kommt aber in erster Linie von der Lüftung durch etliche schrankgroße Ventilatoren, mit der der rund um die Uhr arbeitende Computer 24 Stunden am Tag gekühlt wird.

Es gibt einiges zu tun: Die Nachricht vom Nachweis der von Einstein angenommenen Gravitationswellen war die wissenschaftliche Sensation des Jahres 2016. Wissenschaftler auf der ganzen Welt waren daran beteiligt, diese Wellen zu berechnen, um mehr über die Vorgänge im Universum herauszufinden. Die Daten, die durch die großen „Ligo“-Laserdetektoren gewonnen werden, öffnen ein bislang verschlossenes Fenster in den Weltraum: „Es ist, als hätten wir plötzlich ein neues Sinnesorgan“, sagt Grunewald.

Durch Gravitationswellen-Detektoren werden bislang unsichtbare Dinge sichtbar

Es gibt zwar bereits diverse „Sinnesorgane“, wie zum Beispiel optische-, Radio- oder Neutrinodetektoren, die bisher unser Bild vom Universum prägten. Aber durch Gravitationswellen-Detektoren werden bislang unsichtbare Dinge sichtbar, insbesondere die Auswirkungen massereicher Objekte wie Schwarzer Löcher. Mit anderen Worten: Es ist möglich, Veränderungen im Raumzeit-Gefüge selbst zu messen. „Man kann herausfinden, wie sich die Raumzeit verhält, wenn es zu so großen Anziehungen kommt wie zwischen zwei Schwarzen Löchern oder Neutronensternen“, erklärt Tim Dietrich vom AEI.

Der Wissenschaftler, auf dessen T-Shirt einige Figuren aus „Star Wars“ abgedruckt sind, ist einer von derzeit fünf Hauptnutzern von Minerva, der 2016 im AEI installiert wurde. Der Computer wurde direkt auf die Bedürfnisse des Instituts zugeschnitten: „Es ist ein sehr gutes Arbeiten“, sagt Dietrich, der die einsteinschen Gleichungen mithilfe numerischer Verfahren löst, um damit die Gravitationswellen zu berechnen. Die bislang längste Berechnung, die Dietrich mit Minerva durchgeführt hat, dauerte rund neun Monate: „Da ging es um ein Modell für Gravitationswellen, die von zwei Neutronensternen ausgesendet wurden, die umeinander gekreist und zusammengestoßen sind.“

Riesengroße Modelle, die nicht mehr in den Speicher normaler Rechner passen

Doch warum ist dafür so viel Rechenleistung notwendig? Der Physiker Karl Schwarzschild löste die Einstein-Gleichungen 1915 noch mit Stift und Papier. „Tatsächlich war das hier vor 20 Jahren auch noch ein reines ‚Stift-und-Papier'-Institut“, sagt Grunewald. Doch seitdem hat sich viel getan: Um das Verhalten von Schwarzen Löchern und anderen Objekten möglichst genau zu beschreiben, müssen etliche Faktoren, wie die umgebende Materie oder Magnetfelder, miteinbezogen werden. Dadurch werden die Berechnungen unglaublich komplex und können nur noch mit Großrechnern bewältigt werden. „Wir brauchen riesengroße Modelle, die passen nicht mehr in den Speicher eines normalen Rechners“, sagt Grunewald.

Zum Vergleich hält Grunewald einen der flachen Rechner hoch, die in den Regalen des Computer-Raums stecken: „Der hat in etwa die Leistung eines guten Spiele-PCs.“ Minerva hat 594 davon. Wer an die Hitzeentwicklung seines Heim-PCs denkt, kann sich vorstellen, welche Wärme der Großrechner ausstrahlt: 120 Kilowatt ist die elektrische Leistung von Minerva, die schließlich von der Umluftkühlung abtransportiert werden muss. Das spürt man deutlich, wenn man vor den Regalen steht: Aus den Gittern am Boden strömt unablässig eine frische Brise nach oben – die auf 18 Grad heruntergekühlte Warmluft des Rechners.

Als Glücksbringer hängt ein Foto der Harry-Potter-Zauberin Minerva McGonagall an der Wand

Es ist nicht der erste Supercomputer des AEI: „Das sind noch Teile des Vorgängers“, sagt Dietrich und zeigt auf das Regal, das Minerva gegenübersteht. Hier befindet sich „Datura“, der 2011 installiert wurde. Konzipiert wurde er für eine Laufzeit von fünf Jahren, demnächst wird er abgeschaltet. Benannt wurde er nach einer Bezeichnung für die Pflanze Engelstrompete, die auf der Seitenwand des Rechnerregals abgebildet ist. Als Glücksbringer für Minerva hängt ein Foto der Harry-Potter-Zauberin Minerva McGonagall an der Wand.

Für die Forscher des AEI ist der neue Computer ein gewaltiger Fortschritt: Minerva besitzt etwa viermal so viele Rechnerkerne wie Datura und ist mehr als sechsmal leistungsstärker. Mitte 2016 schaffte es Minerva auf Platz 463 der 500 leistungsfähigsten Rechner weltweit, mittlerweile gibt es bereits wieder schnellere Computer. Für Tim Dietrich bedeutet das neue Werkzeug zwei Dinge: „Man ist schneller mit dem Rechnen fertig und kann komplexere Aufgaben bewältigen, bekommt also genauere Ergebnisse.“

Dietrich ist auf Neutronensterne spezialisiert, von denen – anders als von Schwarzen Löchern – bislang noch keine Gravitationswellen gemessen werden könnten. „Das wird hoffentlich in nächsten Jahren passieren“, sagt Dietrich. Auf jeden Fall bleibt es spannend, denn die Gravitationswellenastronomie befindet sich noch ganz am Anfang. „Was als nächstes kommt, weiß keiner“, sagt Grunewald.

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