Ein Forschungsteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) und des Deutschen Klimarechenzentrums (DKRZ) hat kürzlich für seine außergewöhnlichen Leistungen im Bereich der Klimamodellierung den angesehenen Gordon-Bell-Preis erhalten. Diese Ehrung wurde auf der Supercomputing Conference (SC25) in St. Louis, Missouri, USA, verliehen und würdigt ihre bahnbrechenden Arbeiten an der Schnittstelle zwischen Klimawissenschaft und Hochleistungsrechnen.
Das Team entwickelte mit dem ICON-Modell eine umfassende Simulation des gesamten Erdsystems. Diese Simulation zeichnet sich durch eine beeindruckende horizontale Auflösung von 1,25 Kilometern aus, was eine erhebliche Rechenleistung erfordert. Mit dieser Technologie konnten die Wissenschaftler die komplexen Interaktionen zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Landmassen und dem vollständigen Kohlenstoffkreislauf analysieren. Die Simulation erreicht einen Durchsatz von einem simulierten Jahrzehnt pro Monat, was die Bemühungen der Forscher, die Herausforderungen der Klimaforschung zu bewältigen, enorm vorantreibt.
Der Gordon-Bell-Preis, der von der Association for Computing Machinery (ACM) vergeben wird, ist mit 10.000 US-Dollar dotiert und wird jährlich an herausragende Leistungen im Bereich des Hochleistungsrechnens verliehen. Der Preis für die Klimamodellierung wurde erst 2023 eingeführt und zielt darauf ab, innovative Ansätze zu würdigen, die das Verständnis von Klimasystemen und Klimawandel fördern.
Das Team, zu dem auch Wissenschaftler des Jülich Supercomputing Centre, der ETH Zürich, des Swiss National Supercomputing Centre, der Universität Hamburg und NVIDIA gehören, nahm die Auszeichnung mit großer Freude entgegen. Daniel Klocke, der das Projekt leitete, betonte die Bedeutung der Teamarbeit und der effektiven Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Technologie für diesen Erfolg. „Es ist eine große Ehre, diese Auszeichnung zu erhalten, und ich bin dankbar für die Anerkennung, die wir von der ACM und unseren Kollegen erhalten haben“, sagte Klocke.
Um die hohe Auflösung von 1,25 Kilometern zu erreichen, mussten die Forscher Milliarden von Gitterzellen bei jedem Zeitschritt berechnen. Dies stellte eine enorme Herausforderung dar, die nur durch den Einsatz modernster Supercomputer und optimierter Softwarelösungen bewältigt werden konnte. Das ICON-Modell, das seit über zwei Jahrzehnten entwickelt wird, wurde speziell so angepasst, dass es die Hardware der neuesten Supercomputer optimal nutzt. In diesem Projekt kamen die leistungsstarken GH200-Superchips von NVIDIA zum Einsatz, und die Forscher konnten bei der Nutzung von 85 % der Rechenressourcen des JUPITER-Supercomputers eine bemerkenswerte Zeitkomprimierung von 145,7 simulierten Tagen pro Tag erreichen.
Darüber hinaus wurde betont, dass die verwendeten Methoden zur datenzentrierten Optimierung und die Kombination von CPU- und GPU-Ressourcen eine signifikante Energieeffizienz ermöglichten. „Angesichts der wachsenden Bedeutung des Energieverbrauchs von Hochleistungsrechnern zeigt unser Ansatz, dass wir im Vergleich zu herkömmlichen, rein CPU-basierten Konfigurationen über das Vierfache an Energie einsparen können“, erklärte Jan Frederik Engels vom DKRZ.
Die Simulation eröffnet neue Möglichkeiten für die Forschung zu den Wechselwirkungen zwischen Kohlenstoff-, Energie- und Wasserkreisläufen, was für das Verständnis der globalen Erdsystemdynamik von entscheidender Bedeutung ist. Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Arbeit sind nicht nur ein wissenschaftlicher Fortschritt, sondern auch ein technologischer Meilenstein, der zeigt, dass solche komplexen Simulationen unter realistischen Bedingungen für zukünftige Klimaszenarien durchführbar sind.
Zusätzlich zur ICON-Simulation wurde auch das Projekt „Destination Earth“, ein digitales Zwillingsprojekt zur Klimaanpassung, unter den Finalisten für den Gordon-Bell-Preis gewürdigt. Dieses europäische Projekt, das von mehreren renommierten Institutionen geleitet wird, nutzt verschiedene Modelle zur Klimasimulation und zeigt die starke Verbindung zwischen Klimaforschung und Hochleistungsrechnen.
Die Anerkennung dieser Projekte unterstreicht die fortschrittliche Zusammenarbeit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die kontinuierlich neue Erkenntnisse und technologische Innovationen hervorbringt. Die Auszeichnung des Gordon-Bell-Preises ist ein weiterer Beweis für die herausragenden Leistungen der Hamburger Klimaforscher und deren Beitrag zur Bewältigung der Herausforderungen des Klimawandels.
