BASF

Supercomputer unter der Lupe

Wie der neue Supercomputer die Digitalisierung voranbringt.

QURIOSITY ist der weltweit stärkste Rechner in der Chemiebranche. Der neue BASF-Supercomputer soll mit virtuellen Experimenten neue chemische Verbindungen und Produkte finden, die sonst unentdeckt blieben. Aber er kann noch mehr.

1,75 Billiarden Berechnungen pro Sekunde schafft der brandneue Supercomputer QURIOSITY der BASF – eine Leistung, die die Hardware ordentlich aufheizt. „Mit der Abwärme von nur einem Schrank könnte man zwei Häuser heizen“, sagt Dr. Stephan Schenk, Teamleiter High Performance Computing & Databases der BASF, halb schmunzelnd, halb mit Respekt: Insgesamt steckt in den 18 übermannsgroßen Schränken die Leistung von rund 50.000 Notebooks – was die Drähte von QURIOSITY zum Glühen und die Komponenten zum Schmelzen bringen würde, gäbe es nicht ein ausgeklügeltes Luft-Wasser-Kühlsystem.

1,75Billiarden
Berechnungen kann der Supercomputer QURIOSITY pro Sekunde durchführen. Das entspricht der Leistung von rund 50.000 Notebooks.

Angeschlossen ist es an den BASF-Verbund, der schon heute bei der Kühlung von Produktionsanlagen eine wichtige Rolle spielt. „Strom und Kühlung sind die großen Herausforderungen, die einem Supercomputer noch Grenzen setzen“, sagt Schenk. Das neue Superhirn kann etwa das Zehnfache von dem an Rechenkraft leisten, was bisher bei BASF möglich war. Er ist mit Abstand der größte Computer in der Chemieindustrie.

Schnell verliefen auch die Planungen: „Im September 2016 war uns klar, welche Anforderungen wir an unseren Supercomputer haben. Kurz darauf haben wir die Ausschreibung gestartet“, sagt Schenk. Zu diesem Zeitpunkt waren die Experten von Hewlett Packard Enterprise (HPE) bereits dabei, eine neue Generation von Superrechnern zu entwickeln. Im Dezember 2016 unterschrieben dann BASF und HPE den Vertrag: BASF erhält den ersten Superrechner aus der neuen Generation.

Ein Meilenstein in der Innovationsgeschichte der BASF: Erfahren Sie mehr über QURIOSITY.

In den Monaten danach tüftelte HPE in Texas/USA an der praktischen Umsetzung des Supercomputers der BASF: Auf meterhohen Flipchart-Wänden wurden die passende Hard- und Softwarearchitektur skizziert, aus Schaumstoff und Pappe die ersten Modelle gebastelt, bis die Komponenten von QURIOSITY schließlich in den Rechnerschränken einer fußballfeldgroßen Fabrikhalle von Houston aufgebaut wurden. Im Juli 2017 ging der Superrechner nach erfolgreicher Leistungsmessung nach Ludwigshafen.

Chemie aus dem Supercomputer

Vor allem die Forscher und Entwickler erwarteten QURIOSITY sehnsüchtig. Denn mit seiner geballten Rechenpower und gefüttert mit den entsprechenden Informationen kann der Superrechner dabei unterstützen, komplizierte Modelle auszuwerten. In Zukunft soll QURIOSITY unter anderem dabei helfen, in kürzester Zeit neue molekulare Verbindungen durchzurechnen. BASF-Forscher können damit ermitteln, was passiert, wenn sich Variablen innerhalb einer chemischen Verbindung verändern, und die neu entstandenen Verbindungen dann in Laborversuchen weiter testen. Die Erwartungen sind hoch: Bei der Simulation chemischer Prozesse soll der Supercomputer völlig neue Wege aufzeigen, die bisher theoretisch oder im Labormaßstab für nicht möglich gehalten wurden.

Wir haben Produkte gefunden, die wir sonst nicht entdeckt hätten.“

Dr. Stephan Schenk

Dr. Stephan Schenk

Teamleiter High Performance Computing & Databases, BASF

Das Potenzial solch immenser Rechnerleistung zeichnet sich schon heute ab, wenn Computersimulationen die Laborexperimente unterstützen. So suchte BASF etwa für ein Pflanzenschutzmittel einen vorhandenen Wirkstoff in einer wasserlöslichen Form. Statt Abertausende Experimente durchzuführen, wurde eine Vielzahl möglicher Strukturen in einen Computer eingegeben, der daraus Versuchsvorschläge ableitete. Die hundert Besten wanderten ins Labor. Das ging nicht nur schneller, sondern war auch erfolgreicher.

Dr. Stephan Schenk (links) und Marcel Michael bei der Inbetriebnahme von QURIOSITY.

„Wir haben so Produkte gefunden, die wir sonst nicht entdeckt hätten“, schildert Schenk. Auch ein Scale-up – der Schritt von der Herstellung im Labor hin zum Produktionsmaßstab – soll mithilfe des Supercomputers künftig schneller vonstatten gehen. Das Problem hierbei: Chemikalien verhalten sich im Labor ganz anders als in einem Produktionsreaktor. Diese Veränderungen haben BASF-Forscher dank komplexer Simulationen am Rechner dargestellt. „Damit konnten wir uns den Bau einer Pilotanlage sparen“, sagt Schenk.

Gleichzeitig kann QURIOSITY auch als Optimierer in der Produktion eingesetzt werden. Dank des digitalen Rechenkünstlers können Daten aus dem Betriebsalltag, aber auch zur Preis- oder Konjunkturentwicklung verknüpft und Anlagen effizienter gefahren werden. Wartungstermine können so vorhergesagt werden, bevor ein Schaden eintritt, oder Rohstoffe und Energie punktgenauer bereitgestellt werden.
„Der Supercomputer ist ein Werkzeug, das in vielen Bereichen der BASF wertvolle Unterstützung liefern kann – von der Forschung und Entwicklung über die Fertigung und Logistik bis hin zu neuen digitalen Geschäftsmodellen“, fasst Dr. Martin Brudermüller, stellvertretender Vorstandsvorsitzender und Chief Technology Officer der BASF, zusammen und Schenk ergänzt: „Wenn ich ein Produkt damit um 1 Prozent verbessere, kann sich das im besten Fall in einem zweistelligen Millionengewinn pro Jahr niederschlagen.“ Da sind die Kosten für die Energie, wenn das Rechnerhirn wieder einmal heiß läuft, gut angelegt.

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