JUPITER der erste europäische Exascale-Supercomputer und seine Bedeutung für Forschung und Industrie

Europa im Exascale-Zeitalter: Der Supercomputer JUPITER setzt neue Maßstäbe

Die digitale Landschaft Europas hat einen bedeutenden Fortschritt verzeichnet: Mit der Inbetriebnahme des Supercomputers JUPITER am Forschungszentrum Jülich ist der Kontinent offiziell in das Exascale-Zeitalter eingetreten. Dieses System, ein Gemeinschaftsprojekt unter der Leitung der EuroHPC Joint Undertaking (EuroHPC JU), markiert einen Wendepunkt für die europäische Forschung, Industrie und technologische Souveränität.

Exascale: Eine neue Dimension der Rechenleistung

Der Begriff "Exascale" bezeichnet eine Rechenleistung, die mindestens eine Quintillion (10¹⁸) Gleitkommaoperationen pro Sekunde (ExaFLOP/s) erreicht. Zum Vergleich: Ein solcher Supercomputer kann in einer einzigen Sekunde mehr Berechnungen durchführen, als ein leistungsstarker Laptop in vielen Jahren. Die USA haben diese Schwelle bereits 2022 mit dem Supercomputer Frontier überschritten. JUPITER bringt diese Fähigkeit nun erstmals nach Europa und stellt Forschenden sowie Unternehmen Rechenkapazitäten der Weltspitze vor Ort bereit.

Bei seiner Einweihung im September 2025 wurde JUPITER als viertschnellster Supercomputer weltweit in der renommierten Top500-Liste gelistet. Es wird erwartet, dass er noch in diesem Jahr die volle ExaFLOP/s-Leistung erreichen wird, was seine Position in der globalen Supercomputing-Landschaft weiter festigt. Er ist zudem das energieeffizienteste System unter den Top 5 der Liste, ein entscheidender Faktor angesichts des steigenden Energiebedarfs von Rechenzentren.

Architektur und Leistungsfähigkeit von JUPITER

JUPITER ist das Ergebnis einer Kooperation zwischen dem französischen Technologiekonzern Eviden und dem deutschen HPC-Spezialisten ParTec, wobei NVIDIA die Beschleunigerplattform liefert. Das System besteht aus mehreren Modulen, darunter das bereits im Probebetrieb befindliche JUPITER Booster Modul. Dieses Modul ist mit rund 24.000 NVIDIA GH200 (Grace-Hopper) Superchips ausgestattet, die leistungsstarke Prozessoren mit KI-Beschleunigern vereinen. Insgesamt arbeiten in diesem Modul etwa 24.000 CPUs und 24.000 GPUs.

Die Rechenleistung des JUPITER Booster wird mit 793 PetaFLOP/s angegeben, wobei die volle Ausbaustufe eine deutlich höhere Leistung verspricht. Für KI-spezifische Anwendungen, die eine geringere numerische Genauigkeit erfordern (z.B. FP8 statt FP64), kann JUPITER sogar über 70 ExaFLOP/s erreichen. Dies macht ihn zu einem der weltweit leistungsfähigsten KI-Supercomputer.

Ein weiteres Modul, der JUPITER Cluster, soll 2026 hinzukommen. Dieses Modul wird europäisch entwickelte Prozessoren von SiPearl nutzen und für datenintensive Anwendungen optimiert sein, um die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten von JUPITER weiter zu erhöhen.

Anwendungsfelder und strategische Bedeutung

Die enormen Rechenkapazitäten von JUPITER eröffnen neue Möglichkeiten in einer Vielzahl von Forschungs- und Anwendungsbereichen:

• Klima- und Wetterforschung: Hochauflösende Klimamodelle können Extremwetterereignisse präziser simulieren und verlässlichere Vorhersagen liefern.
• Medizin und Neurowissenschaften: Realistische Gehirnsimulationen auf subzellulärer Ebene und die Entwicklung digitaler Zwillinge von Organen könnten die Arzneimittelentwicklung und Therapien revolutionieren.
• Materialwissenschaft und Energie: Beschleunigte Entwicklung von Batterien, Katalysatoren und nachhaltigen Energiesystemen durch virtuelle Prototypen.
• Künstliche Intelligenz: Training großer Sprachmodelle (LLMs) in verschiedenen europäischen Sprachen und die Entwicklung von Grundlagemodellen für Bild- und Videodaten.
• Quantencomputing-Forschung: Simulation von Quantenschaltkreisen zur Erforschung neuer Algorithmen und Hardwarekonzepte.

Die Inbetriebnahme von JUPITER ist auch ein strategischer Schritt zur Stärkung der europäischen technologischen Souveränität. Durch die Bereitstellung von Spitzenrechenkapazitäten auf europäischem Boden wird die Abhängigkeit von externen Infrastrukturen reduziert. Dies ist besonders wichtig für sensible Daten und die Entwicklung von KI-Anwendungen, die europäischen Datenschutz- und Sicherheitsstandards entsprechen müssen.

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit

Trotz seiner enormen Leistung wurde JUPITER von Grund auf auf Energieeffizienz ausgelegt. Eine hocheffiziente Warmwasser-Flüssigkeitskühlung, die deutlich weniger Energie benötigt als herkömmliche Luftkühlung, ist ein zentrales Merkmal. Die entstehende Abwärme wird zudem intelligent genutzt: Sie soll künftig zur Beheizung benachbarter Gebäude auf dem Jülicher Campus beitragen. Dies macht JUPITER nicht nur zu einem der leistungsstärksten, sondern auch zu einem der umweltfreundlichsten Supercomputer weltweit.

Der Betrieb erfolgt vollständig mit erneuerbaren Energien, was die Nachhaltigkeitsziele des Projekts unterstreicht. Das modulare Rechenzentrum, in dem JUPITER untergebracht ist, ermöglichte zudem einen schnellen Aufbau und erleichtert künftige Erweiterungen.

Zugang, Governance und Herausforderungen

Um die Nutzung von JUPITER zu maximieren, ist ein "JUPITER Research and Early Access Program" (JUREAP) eingerichtet worden. Ausgewählte Projekte erhalten bereits jetzt Zugang zum System, um frühzeitig Erfahrungen zu sammeln und Anwendungen zu optimieren. Die geplante JUPITER AI Factory (JAIF) soll zudem Start-ups und Industrieunternehmen den Zugang zu diesen leistungsstarken Ressourcen ermöglichen, ähnlich wie bei Cloud-Diensten.

Trotz des erfolgreichen Starts bleiben Herausforderungen bestehen. Die Optimierung von Software für die spezielle Architektur von JUPITER, die faire Vergabe von Rechenzeit für diverse Projekte und die kontinuierliche Anpassung an die schnelle Entwicklung der Hardware sind zentrale Punkte. Auch die Sicherstellung langfristiger Grünstrom-Verträge und die Wartung der komplexen Infrastruktur erfordern fortlaufende Anstrengungen.

JUPITER ist somit mehr als ein technologisches Prestigeobjekt. Er ist eine strategische Investition in die Zukunft der europäischen Wissenschaft und Wirtschaft, ein Werkzeug für bahnbrechende Entdeckungen und ein Symbol für Europas Bestreben, an der Spitze der globalen digitalen Entwicklung zu stehen.

Bibliographie

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