Der Exascale-Supercomputer JUPITER am Forschungszentrum Jülich hat sich als leistungsstärkste Anlage Europas etabliert. Mit NVIDIA Grace Hopper Superchips und Quantum-X800 InfiniBand eröffnet er Wissenschaftlern völlig neue Dimensionen. Vier wegweisende Projekte zeigen auf der ISC in Hamburg eindrücklich, was diese Rechenpower in der Praxis leistet.

Wenn das Gehirn zell für zelle sichtbar wird

Die Komplexität des menschlichen Gehirns ist enorm. Mit rund 86 Milliarden Neuronen und etwa 100 Billionen Verbindungen war eine Analyse in zellulärer Auflösung bisher unmöglich.

CytoNet: Ein Foundation Model für die Neurowissenschaft

Das Jülich Brain Atlas Projekt hat mit CytoNet ein Foundation Model für die Analyse der Gehirnmikroarchitektur entwickelt. Das KI-Modell lernt aus bildgebenden Verfahren in zellulärer Auflösung und erstellt eine Karte, die individuelle Zellstrukturen mit größeren Mustern der Gehirnorganisation verknüpft.

Das Training auf JUPITER dauerte weniger als fünf Tage und nutzte 6,5 Petabyte an Daten von 21 postmortalen Gehirnen auf 4.096 NVIDIA Grace Hopper Superchips. Für Katrin Amunts, Direktorin des INM-1 am Forschungszentrum Jülich, markiert dies einen Wendepunkt. Erstmals wird nicht nur KI zur Analyse eingesetzt, sondern ein Agent entwickelt, der Experimente selbstständig durchdenken kann.

Der nächste Schritt ist ein KI-Assistent für Hirnforscher, der multimodale Reasoning-Fähigkeiten, Sprachschnittstellen und Q&A-Funktionen integriert und Wissenschaftlern direkten Zugriff auf Gehirndaten ermöglicht.

Das Erdsystem in noch nie dagewesener Detailtiefe

Forscher der ETH Zürich, des DKRZ, des Jülich Supercomputing Centre und weiterer Partner haben eine neue ICON-Konfiguration entwickelt. Diese gewann den Gordon Bell Prize für Klimamodellierung und simuliert das gekoppelte Erdsystem in einer Auflösung von einem Kilometer.

Klimasimulation mit weltweitem Rekord

Anders als frühere Ansätze modelliert ICON Ozean, Atmosphäre, Land, Biogeochemie und den vollständigen Kohlenstoffkreislauf in einem einzigen durchgängigen System. Die Simulation kann komplette Ökosysteme wie Phytoplanktonblüten abbilden, die früher nur in Teilen erfasst werden konnten.

Auf 20.480 NVIDIA Grace Hopper Superchips simulierte das Modell rund 146 Tage reales Klima in nur 24 Stunden Rechenzeit. Daniel Klocke vom Max-Planck-Institut für Meteorologie betont, dass diese Auflösung erstmals feinskalige Winde, Ozeanwirbel und oberflächennahe Mischungsprozesse direkt aus den physikalischen Gesetzen hervorgehen lässt, statt sie zu approximieren.

Mobilfunk der Zukunft: KI für 6G-Netzwerke

Ericsson und das Forschungszentrum Jülich kooperieren seit März, um KI für die Weiterentwicklung von 5G und den kommenden 6G-Standard zu entwickeln. JUPITER dient dabei als Rechenmaschine für das Training und Testen großer KI-Modelle.

Die Forschung konzentriert sich auf hirninspirierte Architekturen, die komplexe Netzwerkoperationen bei deutlich geringerem Energieverbrauch bewältigen. Schwerpunkte sind KI-Modelle für Funk- und Kernnetzwerke, energieeffiziente KI-Inferenz am Funkrand sowie neuromorphe Ansätze.

Quantenrekord an Europas Exascale-Front

Forscher des Jülich Supercomputing Centre haben gemeinsam mit dem NVIDIA Application Lab einen Weltrekord aufgestellt. Erstmals wurde ein universeller 50-Qubit-Quantencomputer vollständig simuliert. Der vorherige Rekord lag bei 48 Qubits.

JUQCS-50: Der Simulator für morgige Quantenalgorithmen

Diese Leistung wurde durch die kohärente, eng gekoppelte CPU-GPU-Speicherarchitektur der NVIDIA GH200 Grace Hopper Superchips möglich. Daten, die den GPU-Speicher übersteigen, können nahtlos in den CPU-Speicher auslagern, ohne nennenswerte Performance-Einbußen. Dadurch hält JUPITER einen weitaus größeren Quantenzustand als Systeme mit reinem GPU-Speicher.

Der Simulator JUQCS-50 ist über JUNIQ, die Quantencomputer-Nutzeranlage am JSC, zugänglich. Da aktuelle Quantenhardware klassische Computer bei praktischen Problemen noch nicht übertrifft, ist eine solche Simulation das wichtigste Werkzeug, um Algorithmen für zukünftige Hardware zu entwerfen und zu testen.

Fazit: Exascale verlässt die Testphase

Die Bandbreite der auf JUPITER laufenden Wissenschaft – von Neuronen über die Atmosphäre bis hin zu Mobilfunkinfrastruktur und Quantencomputing – belegt, dass Exascale-Computing den Sprung von der Forschungskategorie in die produktive Anwendung geschafft hat. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Grace Hopper Plattform an der Spitze der Wissenschaft.

Quelle: https://blogs.nvidia.com/blog/jupiter-exascale-supercomputing-science/