Bund f?rdert Forschungsprojekt des Software Innovation Campus Paderborn
Hochleitungsrechnen, auch High-Performance Computing (HPC) genannt, ist mittlerweile eine wichtige Methode in vielen wissenschaftlichen Bereichen wie etwa der Medikamenten- oder Klimaforschung. Die Rechenzentren mit energieintensiven Supercomputern setzen jedoch Einiges an CO2 frei. ?Energieoptimierte Supercomputer-Netzwerke durch die Nutzung von Windenergie“ (ESN4NW): Hinter diesem Titel verbirgt sich ein neues, bundesweites Verbundprojekt unter der Leitung des SICP – Software Innovation Campus Paderborn an der Universit?t Paderborn. In Kooperation mit dem SICP-Mitgliedsunternehmen WestfalenWIND IT entstand die Idee, eine neue HPC-Infrastruktur mit einem nachhaltigen Konzept zu entwickeln. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) f?rdert das Projekt nun für die n?chsten drei Jahre mit rund 2,5 Millionen Euro. Zum Konsortium geh?ren au?erdem die Universit?t Passau, das Fraunhofer-Institut für Zuverl?ssigkeit und Mikrointegration IZM sowie die Unternehmen AixpertSoft GmbH, Rittal, Atos Deutschland und Zattoo.
Neue Infrastruktur mit Rechenzentren in Windkraftanlagen
Gemeinsam erforschen und demonstrieren die Verbundpartner*innen das Potenzial sogenannter ?windCORES“. Das sind Windr?der, die in ihren Türmen Rechenzentren beherbergen und diese mit dem vor Ort erzeugten Windstrom nahezu klimaneutral versorgen. Ziel des Vorhabens ist es, die Infrastruktur und Betriebsführung eines HPC-Clusters innerhalb mehrerer Windenergieanlagen (WEA) zu entwickeln. Die direkte, lokal verfügbare erneuerbare Energie soll dabei in die Betriebsführung eingehen, um sie maximal zu nutzen. Zus?tzlich soll auch die entstehende Abw?rme als limitierender Faktor berücksichtigt werden.
Zur Demonstration soll ein alternativer – über den Stand der Technik hinausgehender – Architektur-Ansatz verfolgt und umgesetzt werden. Die Projektpartner*innen entwickeln eine Infrastruktur, die durch intensive Datennutzung und Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) über eine Betriebsplattform kontinuierlich die Rechenleistung des dezentralen HPC-Clusters anpasst. Der Cluster verteilt sich über mehrere WEA und muss die schwankende Energieverfügbarkeit optimal ausreizen. Au?erdem erforscht das Vorhaben die Auswirkung unterschiedlicher Architekturen und Betriebsstrategien auf die Nachhaltigkeitsbewertung des Zielsystems. Für die KI-gestützte Betriebsführung werden Verhaltens- und Vorhersagemodelle zur Infrastruktur und dem lokalen Energienetz ben?tigt, die noch nicht verfügbar sind. ?Die wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen des Vorhabens liegen unter anderem in der intensiven Datenerschlie?ung und -nutzung (Energienetz & Infrastruktur), in der Integration künstlicher Intelligenz in Regelkreisl?ufe, sowie in der systemischen Zusammenführung aller Modelle mithilfe eines digitalen Zwillings“, erl?utert Dr. Gunnar Schomaker, Manager im SICP. ?Im Mittelpunkt stehen dabei Vorhersagen zur wetterabh?ngigen lokalen Energieverfügbarkeit, sowie pr?zise Verhaltensmodelle aller in Wechselwirkung stehender Gewerke bezüglich ihrer Leistungsaufnahme und W?rmeabgabe“, so Schomaker weiter.
Innovatives Konzept mit intelligenter Schaltung
Eine Besonderheit und Innovation des Projekts ist es, dass der Turm einer WEA als potenzielle W?rmesenke eingebunden wird, wenn kein Abw?rme-Nehmer vorhanden ist oder dieser die Abw?rme gerade nicht ben?tigt. Der Turm kann die Abw?rme der IT-Systeme dann aufnehmen und herunterkühlen. Diese Funktion soll gemeinsam mit der Energieverfügbarkeit als Leitlinie für den Betrieb des HPC-Clusters genutzt werden. Das bedeutet konkret: Das System l?uft nur, wenn erneuerbare Energie verfügbar ist und Abw?rme nahezu CO2-neutral abgeführt werden kann. Zun?chst liegen die Schwerpunkte in dem Vorhaben auf der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit, der funktionalen und didaktischen Demonstration der Betriebsführung sowie der Nachhaltigkeitsbewertung des Systems im erweiterten Systemlebenszyklus. Die angestrebten Ergebnisse sollen aber nicht nur für WEA, sondern auch für weitere HPC-Systeme mit Abw?rme-Erzeugern und Abw?rme-Nutzern übertragbar sein.
?Das Vorhaben adressiert im besonderen Ma?e die Herausforderungen der Energiewende und Digitalisierung. Wir wollen zeigen, dass der steigende Energiebedarf der Digitalisierung keine Sackgasse für mehr Nachhaltigkeit bildet und dass diese Wachstumsbedarfe auch zeitlich und r?umlich flexibel durch regenerative Energien abgedeckt werden k?nnen“, beschreibt Dr. Fiete Dubberke, Gesch?ftsführer von WestfalenWIND IT, die Projektziele. ?Dabei stellen wir uns folgende Fragen: Wie k?nnen wir mit Abw?rme aus den unterschiedlichsten Industriebereichen umgehen, sie also nutzen? Welche Systeme aus Erzeugern und Nutzern sind dabei sinnvollerweise zu verbinden und welche Aufgaben k?nnen Methoden der künstlichen Intelligenz übernehmen?“, führt Schomaker aus. Das mit dem ?Deutschen Rechenzentrumspreis“ pr?mierte ?windCORES“-Konzept habe bereits gezeigt, dass eine Verschmelzung einer WEA mit einem Rechenzentrum auch wirtschaftlich erfolgreich umgesetzt werden kann.
