Einsatz von Supercomputern zur Echtzeitreaktion auf sich entwickelnde Krisen
Supercomputer kamen vor mehr als 50 Jahren auf den Markt, und ihre Entwicklung vollzieht sich in rasantem Tempo. Immer neue Anwendungen treiben diese Entwicklung voran, von der streng geheimen Modellierung von Nuklearexplosionen in den 1960er Jahren bis hin zu den aktuellen Anforderungen an die Vorhersage des Klimawandels oder das Verständnis der Physik unseres Universums. Die Fähigkeit, mit Supercomputern Vorfälle mit erheblichen ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen in Echtzeit vorherzusagen und darauf zu reagieren, rückt in greifbare Nähe. Erforderlich sind Softwarelösungen und eine effiziente Verwaltung der Ressourcen. Das 11-Partner-Konsortium des EU-finanzierten Projekts VESTEC hat die Machbarkeit und Nützlichkeit der Verwendung von Europas Supercomputern zur Unterstützung dringender Echtzeit-Entscheidungen im Krisenmanagement unter Beweis gestellt.
Innovative Big-Data-Fusion, Datenreduzierung und Datenanalytik
Um Vorfälle wie Waldbrände oder Weltraum-Wetterlagen zu erkennen und zu überwachen, kann auf eine enorme Menge von Echtzeitdaten aus dem Feld zugegriffen werden. Dazu gehören Quellen wie soziale Medien und Sensoren. Um diese Daten zu verarbeiten, wurden Verfahren zur Datenfusion entwickelt. Die innovativen Methoden zur Datenreduzierung von VESTEC verringern sowohl den Verarbeitungs- als auch den Speicherbedarf maßgeblich und ermöglichen eine effiziente und schnelle Darstellung der wichtigsten Informationen für eine Entscheidungsfindung. „Für die Abschätzung von Unsicherheiten erstellen wir auch mehrere verschiedene Vorhersagesimulationen parallel. Diese Ensembles können dann zusätzliche Informationen liefern, wie beispielsweise den wahrscheinlichsten Verlauf eines Waldbrandes innerhalb der nächsten Stunde“, erklärt Andreas Gerndt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Projektkoordinator. Das vielleicht spannendste Projektergebnis ist das interaktive Supercomputing, bei dem mehrere Supercomputer gleichzeitig zum Einsatz kommen. Es ermöglicht die Integration dieser hochleistungsfähigen Big-Data-Analysen in laufende Simulationen, um die Genauigkeit von Vorhersagen und Modellen für neue, zeitkritische Phänomene kontinuierlich und in Echtzeit zu verbessern. Gerndt fügt hinzu, dass „verschiedene Simulationen, beispielsweise von Wetter- und Brandbedingungen, kombiniert und im laufenden Prozess analysiert werden können.“
Gerichtliche Nutzung von Supercomputern verbessert den Support
Es ist nicht einfach, die Arbeit von Supercomputern zu unterbrechen, wenn eine dringende Anforderung zur Entscheidungsunterstützung vorliegt. VESTEC hat vorgeschlagen und bewiesen, dass es sinnvoll ist, einige Ressourcen auf den leistungsstärksten Supercomputern in Europa zu reservieren. Wenn mehrere Supercomputer gleichzeitig Ressourcen für denselben Vorfall zur Verfügung stellen, ist die Wirkung noch größer und ermöglicht eine effiziente und transparente Einsatzplanung und interaktives Hochleistungsrechnen.
Waldbrände, durch Mücken übertragene Krankheiten, Weltraumwetter – und Pandemien
VESTEC demonstrierte die allgemeine Anwendbarkeit der Lösungen in drei äußerst bedeutsamen und unterschiedlichen Anwendungsfällen: Waldbrände, Sonnenwinde (die große Auswirkungen auf unsere kritischen Infrastrukturen haben) und durch Mücken übertragene Krankheiten, die aufgrund des Klimawandels zunehmend zum Problem werden. Der innovative Ansatz zur Visualisierung von Big Data, um die wichtigsten Moskito-Hotspots zu finden, wurde von den Fachleuten auf diesem Gebiet sehr begrüßt. Die Bedeutung einer solchen Plattform für weitere Pandemien darf nicht unterschätzt werden. Laut Gerndt „hat die deutsche Gesundheitsministerin die Vision eines ‚Pandemie-Radars‘ vorgestellt, der alle unterschiedlichen Datenquellen einbezieht und ein visuelles Analyse-Dashboard bietet. Das VESTEC-System mit seiner Abschätzung von Unsicherheiten zur Bewertung verschiedener Möglichkeiten, wie sich die Krise entwickeln könnte, könnte das Rückgrat dieses Systems werden.“ Die erfolgreiche Demonstration der bedeutenden Auswirkungen, die VESTEC-Lösungen auf das ökologische, soziale und wirtschaftliche Wohlergehen Europas haben können, sollte dazu beitragen, die Türen von Hochleistungsrechenzentren für ihre Umsetzung zu öffnen.
Schlüsselbegriffe
VESTEC, Supercomputer, Big Data, Pandemie, Simulationen, Supercomputing, Krisenmanagement, Hochleistungsrechnen, Weltraumwetter, Waldbrände
