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News 25.02.2019

Digitale Technologien für die Erforschung des Universums

Verbundprojekt zum Umgang mit enormen Datenmengen für Großforschungseinrichtungen gestartet

Was sind die fundamentalen Bausteine der Natur? Wie ist das Universum entstanden und wie hat es sich entwickelt? Diesen grundlegenden Fragen gehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit sehr unterschiedlichen Methoden nach. Großexperimente in der Grundlagenforschung der Physik erfordern dafür immer mehr Rechen- und Speicherressourcen. Daher bedarf es auch komplett neuer Rechenkonzepte. Deshalb haben sich Wissenschaftler von neun Universitäten in dem fachübergreifenden Verbundprojekt „Innovative Digitale Technologien für die Erforschung von Universum und Materie“ zusammengeschlossen, um innovative computergestützte Verarbeitungsmethoden zu entwickeln.

Trotz unterschiedlicher Methoden und wissenschaftlicher Fragestellungen verbindet die Forschungsteams eine Herausforderung. Die zunehmend höhere Auflösung der Messinstrumente und die Leistungssteigerung der Beschleuniger versprechen zwar neue wissenschaftliche Erkenntnisse, allerdings steigen damit auch die Datenmengen rasant an. Schon jetzt fallen beispielsweise bei den Experimenten am CERN etwa 50 Petabyte Daten jährlich an. Das sind rund 50 Millionen Gigabytes – eine kaum vorstellbare Datenmenge. Gespeichert würden sie auf insgesamt zehn Millionen DVDs Platz finden, gestapelt ergäben die DVDs eine Höhe von 13 Kilometern. Und in den kommenden zehn Jahren erwarten die Experten aufgrund der Weiterentwicklungen von Detektoren und Beschleunigern eine weitere Zunahme der Datenmengen um den Faktor 50.

„Die riesigen Datenmengen sind für uns eine große Herausforderung. Innovative digitale Methoden sind künftig unabdingbar, um die Grundlagenforschung entscheidend voranzubringen“, sagt Verbundkoordinator Thomas Kuhr von der Ludwig-Maximilians-Universität München. Aber nicht nur die physikalische Forschung steht vor der digitalen Herausforderung. „Auch andere Wissenschaftsbereiche benötigen über kurz oder lang leistungsstarke Rechenumgebungen und werden von den neuen Kompetenzen profitieren.“

Innerhalb der nächsten drei Jahre entwickelt und testet der Verbund neue Computing-Systeme. Ein vielversprechender Ansatz ist dabei der Einsatz von Virtualisierungs-Technologien, um bisher unzugängliche Ressourcen zu erschließen. Auch an die Nutzung von neuen Prozessor-Architekturen, die zum Beispiel in Grafikkarten eingesetzt werden und eine bessere Energieeffizienz versprechen, denken die Wissenschaftler. Eine wichtige Säule sehen sie in der Entwicklung verbesserter Algorithmen und dem Einsatz von künstlicher Intelligenz für Big-Data-Analysen, etwa innovative Methoden des maschinellen Lernens. Mit diesen beschäftigen sich die beteiligten Wissenschaftler der RWTH Aachen.

An dem Verbundprojekt sind Forschergruppen der Universitäten Aachen, Bonn, Erlangen-Nürnberg, Frankfurt am Main, Freiburg, Göttingen, Hamburg, Mainz, München, Münster, Wuppertal und des Karlsruher Instituts für Technologie sowie der assoziierten Partner am Deutschen Elektronen-Synchrotron, dem CERN, dem Forschungszentrum Jülich, dem Grid Computing Centre Karlsruhe und dem Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung beteiligt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Pilotprojekt im Kontext des Rahmenprogramms „Erforschung von Universum und Materie“ mit insgesamt 3,6 Millionen Euro über 36 Monate.

Weitere Informationen finden Sie hier.

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