Big-Data fürs Klima: Neuer Großrechner terrabyte geht in Betrieb
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und das Leibniz-Rechenzentrum haben gemeinsam eine neue Großrechenanlage an den Start gebracht. Sie hört auf den Namen terrabyte und soll als Plattform für die Analyse globaler Erdbeobachtungsdaten Forschende bei ihrer Arbeit unterstützen.
Um die Erde kreisen tausende verschiedene Satelliten. Der neue Großrechner terabyte bietet erstmals Analysen in höchster Auflösung.
Foto: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)
Die Erde zu beobachten, Veränderungen festzustellen, Schlüsse daraus zu ziehen – all das wird zum Beispiel für die Klimaforschung immer relevanter. Und das muss vor allem ganzheitlich und global betrachtet werden. Denn die Auswirkungen des Klimawandels auf Mensch und Umwelt zeigen sich in den verschiedenen Regionen der Welt eben auch ganz unterschiedlich. Nur wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler genau hinschauen, Zugriff auf alle relevanten Daten haben, diese miteinander teilen können, sind sie in der Lage, die Forschung voranzutreiben und zu verbessern.
KI macht Quantenforschung effizienter
Damit dies bestmöglich gelingt, haben das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR und das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften eine neue Plattform in Betrieb genommen. Sie heißt „terrabyte“ und soll die Analyse von Erdbeobachtungsdaten unterstützen und vereinfachen. Denn dieser Großrechner erlaubt es den Forschenden, globale Datensätze zahlreicher Erdbeobachtungssatelliten in höchster Auflösung effizient auszuwerten. Nur so können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Beispiel die Veränderungen der Polarregionen verfolgen, feststellen, wo und warum sich Extremwetter-Ereignisse ergeben und Naturkatastrophen ereignen sowie die Zunahme der weltweiten Urbanisierung beobachten.
Großrechner terrabyte liefert aktuelle und historische Daten
„Mit terrabyte ist ein großer Schritt für die zukünftige Geoinformationsforschung gelungen. Big Data, neueste KI-basierte Verarbeitungsmethoden und High Performance Computing sind auf einzigartige Weise vereint“, sagt Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandsvorsitzende des DLR. Die Großrechneranlage ist nicht nur sicher, sondern auch unabhängig von kommerziellen Betreibern. Das Besondere an terrabyte: Der Rechner kann nicht nur aktuelle Daten liefern, sondern stellt der Wissenschaft auch Erdbeobachtungsdaten zur Verfügung, die über fünf Jahrzehnte gesammelt worden sind. Darüber hinaus bietet er ein intelligentes Big-Data-Analyseverfahren über Cloud-Dienste.
Zu den Daten gehören unter anderem die der nationalen Missionen TerraSAR-X/TanDEM-X, des US-amerikanischen Landsat-Systems und alle Produkte des Sentinel-Satelliten des europäischen Erdbeobachtungssystems Copernicus. TerraSAR-X/TanDEM-X verfolgen die Ziele, ein präzises, dreidimensionales Bild der Erde in einheitlicher Qualität und höchster Genauigkeit zu erzeugen. Das Landsat-System behält mit zivilen Erdbeobachtungssatelliten der NASA die Erdoberfläche und Küstenregionen im Blick. Die Sentinel-Satelliten des europäischen Erdbeobachtungssystems Copernicus messen vor allem die Meeresoberflächentopographie sowie die Temperatur von Meeres- und Erdoberflächen und der Ozeanfarbe. Der neue Großrechner bietet den Nutzenden sogar die Möglichkeit, Informationen aus sozialen Netzwerken in die Auswertungen mit einzubeziehen.
In Terrabyte steckt schnellste und modernste Technik
In terrabyte steckt eine derartige Rechenleistung, die kaum vorstellbar ist. Seine Bruttokapazität liegt bei rund 50 Petabyte Online-Speicher. Zum Vergleich: Ein Petabyte entspricht 1.015 Byte, also etwa so viel wie dem Inhalt von rund 223.000 DVDs. Damit terrabyte auf wichtige Daten zugreifen kann, ist er nicht nur in die bestehende Infrastruktur des LRZ in Garching integriert, sondern auch mit dem Deutschen Satellitendatenarchiv des DLR in Oberpfaffenhofen verbunden. Dieses Archiv beinhaltet Daten und Produkte nationaler und internationaler Missionen. Es ist eine wahre Fundgrube, wenn man Erdbeobachtungsinformationen sucht. Damit die Daten entsprechend schnell übertragen werden, liegt die Datenrate der Netzanbindung bei 100 Gigabit pro Sekunde.
Dazu kommen CPU- und GPU-Ressourcen der neuesten Generation, damit in der Cloud-Umgebung alles reibungslos läuft. Die Plattform ist mit neuester KI-Hardware bestückt und liefert so eine Rechenpower von 1,3 Petaflops pro Sekunde, also 1,3 Billiarden Gleitkommarechnungen pro Sekunde. Um den Forschenden möglichst viel Unterstützung zu bieten, verarbeitet terrabyte einen großen Teil der Daten bereits vorab und übernimmt sie in entsprechende Anwendungen. Über Softwaretools und andere Systeme können Forschende auch eigene Algorithmen implementieren und nutzen. Mit terrabyte sind nun erstmals globale geowissenschaftliche Analysen möglich, die vorher nur auf kommerziellen Plattformen liefen. Der Grund: die riesigen Datenmengen und eine begrenzte Rechnerleistung.
Big-Data-Analysen haben großes Potenzial
Forschende schätzen das Potenzial von terrabyte sehr hoch ein. Vor allem aufgrund der Big-Data-Analysen. Zwei Beispiele bestätigen diese Einschätzungen: Der World Settlement Footprint des DLR ist ein Datensatz, der die Entwicklung besiedelter Flächen auf der Erde zeigt. Dieser gehört heute zum Standard und wird unter anderem von den Vereinten Nationen und der Weltbank genutzt. Beim zweiten Beispiel handelt es sich um KI-basierte Analysen von Off-Shore-Windkraftanlagen. Sie ermöglichen es, den Erfolg der Bemühungen einer CO2-Neutralität zu bewerten und helfen dabei herauszufinden, wie eine wirtschaftliche Unabhängigkeit auf Basis dieser Energieversorgung zu erreichen ist.
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