Schnellster Grafikkarten-Supercomputer Europas rechnet in Göttingen

Dr. Mario Lüttich, Karl-Heinz Knauber und Tobias Koske mit dem neuen Grafikkarten-Supercomputer am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. Bild: Stark / MPIbpc

Am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie ist ein neuer Supercomputer im Einsatz. Statt normaler Prozessoren rechnet dieser mit modernen Grafikchips, die bislang hauptsächlich Bilder auf Monitore produzierten. Wissenschaftler können so 3D-Strukturen biologischer Makromoleküle aus elektronenmikroskopischen Bildern bis zu 100-mal schneller berechnen.

Um diese Geschwindigkeit weiter zu steigern, sind am Institut 340 dieser schnellen Grafikkarten in einem Cluster zusammengefasst. Die theoretische Gesamtrechenleistung des Clusters beträgt mehr als 200 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde. Diese Geschwindigkeit wird weltweit nur noch von wenigen Großrechenanlagen übertroffen. Mit dieser theoretischen Rechenleistung käme der neue Göttinger Computer-Cluster unter die Top 20 der derzeit weltweit schnellsten Supercomputer. Im Vergleich zu ähnlich schnellen CPU-basierten Supercomputern verbraucht er dabei nur einen Bruchteil an Energie, Platz und Anschaffungskosten. Allein die Gebäudekosten CPU-basierter Supercomputer verschlingen normalerweise ein Vielfaches der gesamten Investitionen des Göttinger Grafikkarten-Clusters.

"Zum Einsatz kommen im neuen Cluster sowohl fertige Lösungen des Grafikkartenherstellers NVIDIA als auch eine eigene Konstruktion, die in den Werkstätten am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie mit uns zusammen entwickelt wurde", sagt Holger Stark, Leiter der Forschungsgruppe Dreidimensionale Kryo-Elektronenmikroskopie. Die am Institut entwickelte Lösung vereint NVIDIA- Grafikkarten in konventionellen Computer-Gehäusen mit großer Rechendichte.

"Uns interessieren besonders Makromoleküle, die in menschlichen Zellen an allen wichtigen Schritten der Protein-Herstellung beteiligt sind", erklärt Strukturbiologe Stark. "Unser Ziel ist es, hochaufgelöste Einblicke in die Strukturen und dynamischen Abläufe dieser lebenswichtigen zellulären 'Nanomaschinen' zu erhalten". Dafür werden dreidimensionale Strukturen aus mehreren Millionen elektronenmikroskopischen Projektionsbildern einzelner Moleküle berechnet.

Mit dem neuen Computer-Cluster können nicht nur größere Datenmengen analysiert werden. Auch aufwändigere Bildverarbeitungsverfahren werden von der Arbeitsgruppe entwickelt und eingesetzt, um die maximale Auflösung zu verbessern. "Detaillierte Einblicke in die dreidimensionalen Strukturen dieser dynamischen zellulären 'Nanomaschinen' sind zwingend notwendig, damit wir Fehlfunktionen bei der Protein-Herstellung auf molekularer Ebene besser verstehen können, die die Ursache für eine Vielzahl von Krankheiten darstellen", so Stark.

Quelle: Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen