Forschung

Wir wol­len neue Maß­stäbe in der
Digi­ta­li­sie­rung set­zen und for­schen daher in meh­re­ren Berei­chen, um die IT kli­ma­neu­tral zu gestalten.

Forschung

Wir wol­len neue Maß­stäbe in der
Digi­ta­li­sie­rung set­zen und for­schen daher in meh­re­ren Berei­chen, um die IT kli­ma­neu­tral zu gestalten.

Aktiv in der Forschung

Unser Ziel ist es, digi­tale Tech­no­lo­gien im Gan­zen nach­hal­ti­ger zu gestal­ten. Wir bei wind­CORES wid­men uns des­halb gleich meh­re­ren The­men, um eine kli­ma­neu­trale, ener­gie­ef­fi­zi­ente und zukunfts­wei­sende IT wei­ter­zu­den­ken. Ein Schwer­punkt ist dabei der Bereich High Per­for­mance Com­pu­ting (HPC).

Nach­fol­gend erhal­ten Sie einen Über­blick über die vom Bun­des­mi­nis­te­rium für Bil­dung und For­schung (BMBF) geför­der­ten For­schungs­pro­jekte mit Betei­li­gung von windCORES. 

Forschungsprojekt

GreenHPC – Supercomputer-Netzwerke nachhaltig mit dem Strom unserer windCORES betreiben

„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 Uni­ver­si­tät Pader­born. In Koope­ra­tion mit West­fa­len­WIND IT als Mit­glieds­un­ter­neh­men ent­stand die Idee, eine neue HPC-Infra­struk­tur mit einem nach­hal­ti­gen Kon­zept zu ent­wi­ckeln. Das Bun­des­mi­nis­te­rium für Bil­dung und For­schung (BMBF) för­dert das Pro­jekt nun für die nächs­ten drei Jahre mit rund 2,5 Mil­lio­nen Euro. Zum Kon­sor­tium gehö­ren außer­dem die Uni­ver­si­tät Pas­sau, das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Zuver­läs­sig­keit und Mikro­in­te­gra­tion IZM sowie die Unter­neh­men Aix­pert­Soft GmbH, Rit­tal, Atos Deutsch­land und Zattoo.

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. Zusätz­lich soll auch die ent­ste­hende Abwärme als limi­tie­ren­der Fak­tor berück­sich­tigt wer­den. Gemein­sam erfor­schen und demons­trie­ren die Ver­bund­part­ner das Poten­zial unse­rer wind­CORES — Wind­rä­der, die in ihren Tür­men Rechen­zen­tren beher­ber­gen und diese mit dem vor Ort erzeug­ten Wind­strom kli­ma­neu­tral versorgen.

Die Ziele auf einen Blick:

  • maxi­male direkte und ver­lust­arme Energieversorgung
  • Mini­mie­rung der Aus­fall­ar­beit durch Abre­ge­lung und Ver­sor­gung ent­spre­chend der Residualleistung
  • sichere Ent­wär­mung der Rechentechnik
  • Poten­zial der dyna­mi­schen Akti­vie­rung von HPC- Sys­te­men für deren Anwen­dun­gen bei vola­ti­ler Stromerzeugung
  • maxi­male Ver­wer­tung vor­han­de­ner Infra­struk­tu­ren (Ent­wär­mung und Verortung)


Mehr zum Pro­jekt auf der Home­page des Ministeriums:

https://​www​.bmbf​.de/​b​m​b​f​/​s​h​a​r​e​d​d​o​c​s​/​b​e​k​a​n​n​t​m​a​c​h​u​n​g​e​n​/​d​e​/​2​0​2​1​/​0​5​/​3​6​2​1​_​b​e​k​a​n​n​t​m​a​c​h​u​n​g​.​h​tml

Forschungsprojekt

WindHPC: Energie- und CO2-Verbrauch in
Rechenzentren senken — Effizienz erhöhen

Selbst geringe Ener­gie­ein­spa­run­gen in Rechen­zen­tren füh­ren zu einer rele­van­ten Ein­spa­rung an CO2. Hier setzt das Pro­jekt WindHPC an, wel­ches dar­auf abzielt, den Ener­gie­ver­brauch durch die Ver­bes­se­rung der Effi­zi­enz von Simu­la­ti­ons­codes, HPC-Work­flows und Daten­ma­nage­ment zu sen­ken. Es ist das erste Vor­ha­ben die­ser Art, das Com­pu­ter in Wind­parks mit einem HPC-Zen­trum verbindet.

Im Pro­jekt wird hierzu zuerst der Ener­gie­ver­brauch ein­zel­ner Simu­la­tio­nen auf unter­schied­li­cher Hard­ware und an ver­schie­de­nen Stand­or­ten mit­tels Ener­gie­ef­fi­zi­enz­me­tri­ken unter­sucht und hier­für die Ent­wick­lung digi­ta­ler Zwil­linge vor­an­ge­trie­ben. Diese kön­nen dann zur genaue­ren Ana­lyse und Nut­zung von Ener­gie­ein­spar­po­ten­zia­len her­an­ge­zo­gen werden.

Ein wei­te­rer Aspekt in WindHPC ist die erste Ver­bin­dung von Rech­nern in Wind­ener­gie­an­la­gen mit HPC-Rechen­zen­tren. An die­ser Stelle ist geplant, Rech­ner in Wind­ener­gie­an­la­gen unse­rer West­fa­len­WIND IT GmbH & Co KG, den wind­CORES, mit den HPC Rechen­res­sour­cen des HLRS zu ver­bin­den. Um dies zu ermög­li­chen, sol­len intel­li­gente Sche­du­ling-Ver­fah­ren ent­wi­ckelt wer­den, die unter Berück­sich­ti­gung des Ener­gie­be­darfs und der zeit­li­chen Rele­vanz benö­tig­ter Simu­la­tio­nen den Gesamt­work­flow opti­mal auf diese bei­den Res­sour­cen ver­tei­len und ausführen.

Neben uns sind als wei­tere Pro­jekt­part­ner betei­ligt: Hel­mut-Schmidt-Uni­ver­si­tä­t/­Uni­ver­si­tät der Bun­des­wehr Ham­burg, Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Mün­chen, Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Ber­lin, Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Kai­sers­lau­tern, Uni­ver­si­tät Stutt­gart (VISUS)

Die Ziele auf einen Blick:

  • Der Ener­gie­ver­brauch ein­zel­ner Simu­la­tio­nen sowie von Simu­la­ti­ons­work­flows soll auf unter­schied­li­cher Hard­ware und an ver­schie­de­nen Stand­or­ten unter­sucht und hier­für die Ent­wick­lung digi­ta­ler Zwil­linge vor­an­ge­trie­ben werden
  • Ent­wick­lung soft­ware­sei­ti­ger Auto-tuning-Metho­den, die zur Lauf­zeit die ener­gie­ef­fi­zi­en­teste und ggf. ska­lier­barste Kom­bi­na­tion aus Simulations­algorithmen, Daten­struk­tu­ren und Parallelisierungs­strategien auswählen
  • Ent­wick­lung intel­li­gen­ter Sche­du­ling-Ver­fah­ren, die unter Berück­sich­ti­gung des Ener­gie­be­darfs und der zeit­li­chen Rele­vanz benö­tig­ter Simu­la­tio­nen den Gesamt­work­flow opti­mal auf ver­schie­dene HPC- Clus­ter ver­tei­len und ausführen


Mehr zum Pro­jekt auf der Home­page des Ministeriums:

https://​www​.bmbf​.de/​b​m​b​f​/​s​h​a​r​e​d​d​o​c​s​/​b​e​k​a​n​n​t​m​a​c​h​u​n​g​e​n​/​d​e​/​2​0​2​1​/​0​5​/​3​6​2​1​_​b​e​k​a​n​n​t​m​a​c​h​u​n​g​.​htm

Forschungsprojekt

Cray4Edge – „Edge Computing“ im Internet der Dinge wirksam gegen Cyberangriffe absichern 

Ein hohes und stän­dig wach­sen­des Daten­auf­kom­men ver­lang­samt die Kom­mu­ni­ka­tion im Inter­net der Dinge (IoT). Abhilfe schaf­fen dezen­trale Orga­ni­sa­ti­ons- und Archi­tek­tur­an­sätze für Kom­mu­ni­ka­ti­ons­netz­werke, wie das soge­nannte Edge Com­pu­ting, wel­che Daten in geo­gra­fi­scher Nähe ihres Ursprungs- bezie­hungs­weise Bestim­mungs­orts ver­ar­bei­ten und dadurch eine effi­zi­ente Band­brei­ten­aus­nut­zung und Echt­zeit­ver­ar­bei­tung ver­spre­chen. Diese Effi­zi­enz­stei­ge­run­gen durch Edge Com­pu­ting wer­den auch in sen­si­blen und zuneh­mend sicher­heits­kri­ti­schen Anwen­dungs­be­rei­chen, wie der Ener­gie­er­zeu­gung, genutzt. Hier­bei besteht die Her­aus­for­de­rung, die ein­ge­setzte Hard­ware und die ver­wen­de­ten Dienste in den viel­fach unein­heit­li­chen Betriebs­um­ge­bun­gen gegen­über Cyber­an­grif­fen abzu­si­chern. Stan­dards, Pro­zesse und Dienste, die in her­kömm­li­chen Rechen­zen­tren zum Ein­satz kom­men, eig­nen sich daher nicht. 

Ziel des Vor­ha­bens „Cyber-phy­si­ka­li­sche Sicher­heit mit­tels Radio­me­trie für den Edge” (C‑ray4edge) ist es, ein tech­ni­sches Rah­men­werk zu ent­wi­ckeln, um den Betrieb von Edge Com­pu­ting abzu­si­chern. Der „Nor­mal­be­trieb“ eines Netz­werk­kno­tens wird als Pro­fil sei­ner elek­tro­ma­gne­ti­schen Abstrah­lung fest­ge­hal­ten. Ein Ver­gleich von Pro­fi­len zu ver­schie­de­nen Zeit­punk­ten dient der Erken­nung von Mani­pu­la­tio­nen der Hard­ware. Eine zen­trale Stelle kann somit eine Viel­zahl von Netz­werk­kno­ten anhand der erstell­ten Pro­file über­wa­chen. Ergänzt wird diese Über­wa­chung durch Iden­ti­täts­nach­weise, soge­nannte Ver­trau­ens­an­ker, in der Hard­ware. Eine höhere Zuver­läs­sig­keit der Sys­teme soll zudem durch die Ent­wick­lung einer Selbst­über­wa­chung sowie durch die Ver­bes­se­rung des Res­sour­cen­ma­nage­ments erreicht werden.

Auto­no­mes Ener­gie­ma­nage­ment, die Selbst­dia­gnose ver­al­te­ter Hard­ware sowie siche­res und effi­zi­en­tes Update-Manage­ment sind hier­bei Kern­bau­steine einer inno­va­ti­ven Lösung, wie sie bei­spiels­weise bei der Instal­la­tion von Rechen­zen­tren in Wind­rä­dern, unse­ren wind­CORES, ver­wen­det wer­den soll. Die For­schungs­er­geb­nisse wer­den durch die Kon­sor­ti­al­part­ner nach Ende der Vor­ha­ben­lauf­zeit bis zur Markt­reife wei­ter­ent­wi­ckelt. Per­spek­ti­visch flie­ßen die For­schungs­er­geb­nisse in die Ent­wick­lung von Stan­dards und Open Source Sys­te­men für das IoT ein. Diese Bei­träge sind gleich­falls für die Auto­mo­bil­in­dus­trie, Ener­gie­in­dus­trie, Logis­tik und andere Anwen­dungs­be­rei­che mit sen­si­blen Infra­struk­tu­ren von Bedeutung.

Die Ziele auf einen Blick:

  • Ent­wurf und Erpro­bung mehr­fach gehär­te­ter, ressourcen­beschränkter IoT-Systeme
  • Gesi­cher­ter, zuver­läs­si­ger Betrieb der IoT-Sys­teme in unge­si­cher­ten, wartungs­unfreundlichen Umgebungen
  • IoT-über­wach­ter, gesi­cher­ter Betrieb von Edge-Infra­struk­tu­ren mit unge­nü­gen­dem Perimeterschutz


Mehr zum Pro­jekt auf der Home­page des Ministeriums:

https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/projekte/c‑ray4edge

Unser Ansprechpartner für Forschungsprojekte

Sie inter­es­sie­ren sich für unsere For­schungs­pro­jekte? Dann spre­chen Sie mich gern an.

Fabian Löhr

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Fabian Löhr

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