Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart

Logo des Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS)
Gebäude auf dem Forschungscampus Stuttgart-Vaihingen

Das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) ist ein Rechenzentrum, das Wissenschaft und Industrie Zugang zu Supercomputern bietet. Es wurde 1995 unter dem Dach des Rechenzentrums der Universität Stuttgart (RUS) gegründet und ist seit dem Jahr 1996 das erste deutsche Bundeshöchstleistungsrechenzentrum. Das HLRS ist seit 2003 eine eigenständige zentrale Einrichtung der Universität Stuttgart. Es beherbergt mit Stand Oktober 2025 ein HPE Xray EX4000-System mit dem Namen Hunter und einer maximalen Rechenleistung von 48 Peta-FLOPS. Er ging 2025 in Betrieb und die Kosten lagen bei etwa 15 Millionen Euro.

Das HLRS betreibt Rechner, betreut deutsche und europäische Benutzer und bietet ein intensives Schulungsprogramm für seine Nutzer an. Darüber hinaus betreibt das HLRS eigene Forschung auf dem Gebiet des Höchstleistungsrechnens. Schwerpunkte liegen auf den Themen der Skalierbarkeit, der Leistungsoptimierung, der Künstlichen Intelligenz, des Green IT, in den Anwendungsbereichen Gesundheit, Umwelt, Energie und Mobilität, sowie in der Untersuchung sozialer, politischer und philosophischer Aspekte der Simulation. Für seine Forschungsarbeiten wurde das HLRS mehrfach international ausgezeichnet. Das HLRS macht seine Rechner und Services seit 1995 über eine Public-Private-Partnership mit Porsche und T-Systems auch der Industrie zugänglich. Mit der Gründung des Automotive Simulation Center Stuttgart (ASCS) hat das HLRS eine Entwicklungs- und Forschungsplattform mit der Automobilindustrie geschaffen, auf der vorwettbewerbliche Forschung in enger Abstimmung von Automobilherstellern, Zulieferern, Rechnerherstellern und Softwarefirmen zum optimale Einsatz in der Verbesserung der Mobilität beiträgt.

Supercomputer

Cray XC40 „Hazel Hen“.
Cray XE6
NEC SX-9
Blick ins Rechenzentrum
NEC SX-ACE (links) und NEC Cluster (rechts, weiß).

Seit Oktober 2015 war das Kernsystem des HLRS ein Cray XC40 System Hazel Hen mit einer Maximalleistung von 7,42 Peta-FLOPs. Seit Februar 2020 wurde Hazel Hen durch das HPE Apollo 9000 System Hawk mit rund 26 Peta-FLOPs Peak Performance ersetzt. Der Supercomputer Hawk war im Juli 2021 der fünftschnellste Supercomputer im Gebiet der EU und auf Platz 18 weltweit.

Weitere Systeme sind der NEC Cluster (Vulcan und Vulcan2). Darüber hinaus wird eine Vielzahl kleinerer Systeme betrieben, die zu Testzwecken (NEC SX-ACE) oder z. B. für die Entwicklung und Visualisierung eingesetzt werden. Zur dreidimensionalen Darstellung von Simulationsergebnissen steht eine Cave mit fünf Projektionsflächen zur Verfügung.

2025 ersetze „Hunter“, ein Cray EX4000-System von HPE den Supercomputer Hawk. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern arbeitet das System mit GPUs (AMD Instinct MI300A) anstelle von CPUs und hat eine theoretische Leistung von 48,1 PFlop/s. Im Juni 2026 war Hunter damit der viertschnellste Supercomputer in Deutschland und lag weltweit auf Platz 76. Hunter ist auf Platz 14 der energieffizientesten Supercomputer.

Geplant ist im Jahr 2027 mit Herder einen weiteren Exascale Supercomputer in Betrieb zu nehmen. Die Kosten für Hunter und Herder belaufen sich auf 115 Millionen Euro.

Geschichte

Das Höchstleistungsrechnen in Stuttgart geht auf eine lange Tradition zurück, die in den Bereichen der Luft- und Raumfahrt (John Argyris) sowie der Nukleartechnik (Roland Rühle) ihre Ursprünge hat. Die Eingliederung dieser Aktivitäten in eine zentrale Einrichtung geht auf die Anschaffung des damals leistungsstärksten Supercomputers Cray-2, einem Vektorrechner, durch Lothar Späth im Jahre 1986 zurück.

Bei der Gründung des HLRS 1996 verfügte das HLRS mit einer NEC SX-4, ebenfalls ein Vektorrechner, mit einer Spitzenleistung von 64 Gigaflops und einer Cray T3E/512 mit 461 Gigaflops theoretischer Rechenleistung über zwei unterschiedliche Systeme die gleichermaßen weltweit zur Spitze zählten. Erster Direktor des HLRS war Roland Rühle, der das HLRS als Bereich des Rechenzentrums der Universität Stuttgart (RUS) etablierte. Zuständiger Bereichsleiter – und damit erster Leiter des HLRS – war Alfred Geiger. Im Jahr 1999 wurde das HLRS von der amerikanischen National Science Foundation (NSF) für seine Arbeiten auf dem Gebiet des verteilten Höchstleistungsrechnens ausgezeichnet. Im Jahr 2000 wurden eine NEC SX-5/32M2 und eine Hitachi SR-8000 beschafft, die eine theoretische Rechenleistung von jeweils 128 Gigaflops aufwiesen.

Im Jahr 2002 wurde das HLRS nach der Pensionierung von Roland Rühle als eigenständige Einrichtung vom Rechenzentrum der Universität Stuttgart abgetrennt. Die Leitung übernahm Michael M. Resch. Im Jahr 2003 gewann das HLRS die HPC Challenge in den USA. Die 2003 beschaffte NEC SX-6 (sechs Knoten, 440 GigaFlops Peak Performance) war erneut ein Vektorrechner. Im selben Jahr wurden auch ein AMD Opteron-Cluster und ein Intel Xeon-Cluster beschafft. Die Installation des Vektorrechners NEC SX-8 (12,8 TeraFlops Peak) erfolgte im Jahr 2005, wofür auch ein neues Gebäude errichtet wurde. 2007 war das HLRS Gründungsmitglied des deutschen Gauss Centre for Supercomputing (GCS), in dem die drei deutschen Bundeshöchstleistungsrechenzentren zusammengeschlossen sind. 2010 erfolgte der Neubau eines Energieversorgungsgebäudes. 2011 wurde mit der Cray XE6 der erste Rechner mit einer Leistung von mehr als einem Peta-FLOPs installiert, der im Dezember 2014 durch das Cray XC40-System „Hornet“ ersetzt wurde (Peak Performance: 3,8 Peta-FLOPs). Seit 2012 versorgt das HLRS auch europäische Benutzer im Rahmen von PRACE mit Rechenzeit. Im Oktober 2012 hat das HLRS ein neues Forschungsgebäude in Betrieb genommen, in dem auch eine neue 5-Seiten CAVE installiert wurde.

Organisatorisch war das HLRS innerhalb der Universität Stuttgart von 2012 bis 2016 Mitglied eines Verbundes von drei Zentren, die im Informations- und Kommunikationszentrum der Universität Stuttgart (IZUS) zusammengefasst wurden. 2017 eröffnete das HLRS ein neues Schulungsgebäude. Der Schulungssaal wurde nach dem ersten Direktor Roland Rühle benannt. Am 19. Februar 2020 wurde der neue Supercomputer Hawk eingeweiht. Am 16. Januar 2025 wurde der neue Rechner Hunter eingeweiht.

Zugang und Betrieb

Die Großrechner werden vom HLRS betrieben und sind für unterschiedliche Benutzer zugänglich.

Wissenschaft: Die Vergabe von Rechenzeit erfolgt über einen wissenschaftlichen Lenkungsausschuss (LA). Dessen Mitglieder werden je zur Hälfte von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie der baden-württembergischen Landesrektorenkonferenz (LRK) nominiert. Anträge werden am HLRS eingereicht und werden von dort an den LA weitergeleitet. Im Rahmen der gesamtdeutschen Kooperation im Gauss Centre for Supercomputing (GCS) werden sehr große Anträge von einem gesamtdeutschen Ausschuss begutachtet, der sich aus den Ausschüssen der drei Mitgliedszentren des GCS zusammensetzt. Herausragende Projekte können über die europäische HPC Partnerschaft PRACE Zugang erhalten. Auch auf diesem Weg erfolgt eine Begutachtung durch ein wissenschaftliches Gremium.

Industrie: Die Rechner des HLRS werden über die Höchstleistungsrechner für Wissenschaft und Wirtschaft GmbH (hww) auch an die Industrie vermietet. Neben dem HLRS, das die Rechner betreibt, dem KIT und dem Land Baden-Württemberg, sind T-Systems, T-Systems Solutions for Research GmbH und Porsche weitere Gesellschafter. Reiner Produktionsbetrieb wird über die hww angeboten und vertrieben.

Kommerzielle Kooperation/Test: Für kommerzielle Nutzung im Rahmen einer Kooperation oder für Projekte, in deren Rahmen Firmen Zugang zum Rechner testen wollen, kann im Rahmen einer Kooperation ein Zugang erfolgen. In diesem Fall sind die Kosten einer Industrienutzung zu tragen.

Die industrielle Nutzung der Rechner für militärische Zwecke und zivile Nuklear- oder Raketentechnik ist grundsätzlich ausgeschlossen, kann aber im Einzelfall genehmigt werden. Außerdem besteht wegen der amerikanischen Komponenten der Rechner eine Beschränkung für Personen, die nach amerikanischem Recht eine Genehmigung des amerikanischen Außenhandelsministeriums benötigen (Staatsangehörige des Irans, von Kuba, Nordkorea, Syrien oder dem Sudan).

Forschung

Das HLRS betreibt eigene Forschung auf dem Gebiet des Höchstleistungsrechnens. Es wurde 1999 und 2003 für seine Forschungsarbeiten in den USA ausgezeichnet. In rund 35 Projekten arbeiten ca. 60 Wissenschaftler an Problemstellungen aus dem Bereich der Simulation und des Höchstleistungsrechnens. Die wichtigsten Forschungsthemen des HLRS sind

  1. Analyse und Optimierung der Leistung von Rechnersystemen
  2. Analyse und Optimierung der Leistung von Anwendungsprogrammen
  3. Analyse und Optimierung von Datenhaltungssystemen und Filesystemen
  1. Handhabung sehr großer Datenmengen
  2. Data Analytics
  3. Machine Learning
  4. Künstliche Intelligenz
  1. Analyse und Optimierung des Energieverbrauchs von Rechnersystemen
  2. Analyse und Optimierung des Energieverbrauchs von Anwendungen
  1. Cloud / Grid Konzepte und Anwendungen
  2. Hochskalierende Algorithmen und Methoden
  3. Parallele Programmiermodelle und Sprachen
  1. Gesundheit: Knochensimulationen und Simulationen von Blutströmungen
  2. Umwelt: Simulation lokaler Auswirkungen von Umwelteinflüssen
  3. Energie: Simulation energetischer Systeme
  4. Mobilität: Simulation von fahrzeugtechnischen Fragestellungen
  5. Global Systems Science
  1. Virtual Reality
  2. Augmented Reality
  1. Höchstleistungsrechnen im Schulunterricht
  2. Simulation in der politischen Entscheidungsfindung
  3. Philosophische und soziologische Aspekte des Höchstleistungsrechnens

Derzeit ist das HLRS im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes im Exzellenzcluster „Simulation Technology“ engagiert. Der Direktor des HLRS ist Principal Investigator im Exzellenzcluster. Darüber hinaus ist das HLRS als Projektpartner im Sonderforschungsbereich 716 „Dynamische Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen“ beteiligt. In Europa ist HLRS ein führender Partner in einer Reihe von Projekten zur Entwicklung neuer Hardware und Softwaretechnologien für Clouds und Höchstleistungsrechner.

Weitere Aktivitäten

Auszeichnungen

Literatur

Die auf den Rechnern des HLRS erzielten Forschungsergebnisse aus den unterschiedlichsten Fachgebieten werden jährlich als Buch in der Reihe High Performance Computing in Science and Engineering im Springer-Verlag veröffentlicht.

Über die Arbeiten im Rahmen des Teraflop-Workbench bzw. des Workshop on Sustained Simulation Performance wird in der Buchreihe High-Performance Computing on Vector Systems (2005–2011) bzw. Sustained Simulation Performance (seit 2012) berichtet, die ebenfalls beim Springer-Verlag verlegt wird.

Über den gemeinsam mit dem ZIH der TU Dresden durchgeführten Workshop zu Tools im High Performance Computing erscheint ebenfalls im Springerverlag seit 2008 die Reihe Tools for High Performance Computing.

Das HLRS veröffentlicht halbjährlich die Zeitschrift des Gauss Center for Supercomputing namens Inside (Innovatives Supercomputing in Deutschland), die auch als Onlineausgabe angeboten wird.

Siehe auch

Commons: Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ jarmoluk: Hawk: Einer der schnellsten Supercomputer Deutschlands – Stuttgart Journal. In: Stuttgart Journal. 15. November 2018, abgerufen am 15. September 2021.
  2. ↑ Pressemitteilung Uni Stuttgart Neuer Supercomputer am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart in Betrieb genommen. Universität Stuttgart, 1. Dezember 2014, archiviert vom Original am 18. Dezember 2014; abgerufen am 15. September 2021.
  3. ↑ Höchstleistungsrechnen in neuer Dimension. In: Hochschulkommunikation. Universität Stuttgart, 23. Oktober 2015, archiviert vom Original am 17. April 2016; abgerufen am 15. September 2021.
  4. ↑ HPE Apollo (Hawk). Abgerufen am 11. November 2024.
  5. ↑ Archivierte Kopie (Memento des Originals vom 20. Februar 2020 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  6. ↑ Archivierte Kopie (Memento des Originals vom 20. Februar 2020 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  7. ↑ http://www.hlrs.de/systems/platforms/
  8. ↑ HPE Cray EX4000 (Hunter). In: HLRS Stuttgart. Abgerufen am 27. Juni 2026.
  9. ↑ TOP500 LIST - JUNE 2026. Abgerufen am 27. Juni 2026.
  10. ↑ GREEN500 LIST - JUNE 2026. Abgerufen am 27. Juni 2026.
  11. ↑ Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart: Exascale-Supercomputing kommt nach Stuttgart. Abgerufen am 13. Mai 2024.
  12. ↑ https://www.uni-stuttgart.de/en/university/news/press-release/Hawk-Supercomputer-Inaugurated/
  13. ↑ Antrag auf Zulassung zur Nutzung der Rechenanlagen des HLRS für Industriekunden. Abgerufen am 27. Juni 2026.
  14. ↑ http://www.teraflop-workbench.de/
  15. ↑ HPC-Europa (Website)
  16. ↑ Archivierte Kopie (Memento des Originals vom 28. Juni 2009 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  17. ↑ Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart gewinnt in USA Computer-Preis: Weltweit verteilt zur Höchstleistung. Pressemitteilung: Nr. 101/1999. Universität Stuttgart, 26. November 1999, archiviert vom Original am 25. November 2005; abgerufen am 15. September 2021.
  18. ↑ https://land-der-ideen.de/
  19. ↑ Archivierte Kopie (Memento des Originals vom 28. August 2019 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.

Koordinaten: 48° 44′ 22,3″ N, 9° 5′ 49,9″ O

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