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Rekordrechner

Japans Superhirn soll Unwetter simulieren

Von Tim Schröder

Noch durchläuft der schnellste Rechner der Welt Tests, doch bald soll der "Earth Simulator" Wetterphänomene in ungekannter Präzision modellieren. Schon jetzt spaltet das japanische Superhirn die Forschergemeinde.

Er ist gigantisch groß und schlauer als alle anderen Maschinen. Als der leistungsfähigste Großrechner der Welt im März eingeweiht wurde, hagelte es Superlative. Der "Earth Simulator" im japanischen Yokohama besteht aus 640 miteinander vernetzten Supercomputern, die eine Fläche so groß wie vier Tennisplätze beanspruchen. Das vom Elektrokonzern NEC gebaute Rekordhirn schafft über 35 Teraflops, also 35 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde. Damit führt es souverän die Liste der 500 schnellsten Computer an - die Nummer zwei, der für virtuelle Atomtests eingesetzte IBM-Rechner "ASCI White", ist mit rund sieben Teraflops fünfmal langsamer.

Schon der Name des japanischen Riesenrechners lässt auf ehrgeizige Ziele schließen. Der Earth Simulator soll nicht weniger als die Erde simulieren, insbesondere ihre Klimaprozesse, Erdbeben und Taifune - jene Wirbelstürme, die immer wieder Asiens Küsten heimsuchen. Die Leistung des Superhirns reicht aus, um manchen europäischen und amerikanischen Fachmann neidisch nach Nippon blicken zu lassen. Doch über das wahre Können der Maschine ist sich die Gemeinde der Klimaforscher keineswegs einig. Fraglich ist, ob damit jemals Unwetter wie jene vorhergesagt werden können, die in den letzten Tagen Mitteleuropa überschwemmten.

Bevor das Potenzial des Großrechners überhaupt ausgeschöpft werden kann, müssen Klimamodelle entwickelt werden, die für die Simulation örtlich begrenzter Wetterphänomene komplex genug sind. Thomas Stocker geht davon aus, dass der Earth Simulator durchaus das Potenzial für derart detaillierte Aussagen hat: "Aus Sicht der Klimaforschung geht Japan hier einen sehr wichtigen Weg", sagte der Klimaexperte von der Universität Bern gegenüber SPIEGEL ONLINE. "Welche Auswirkungen die Erderwärmung auf regionaler Ebene haben wird, lässt sich nur mit Modellen klären, die eine sehr hohe Gitterauflösung haben."

Bisherige Klimamodelle teilen Atmosphäre und Erdoberfläche in Rechtecke auf, die eine Kantenlänge von rund hundert Kilometern haben. Je kleiner diese Rechenzellen sind, desto höher ist die Auflösung eines Klimamodells. "Der Earth Simulator wird eine Auflösung von etwa zehn Kilometern liefern", sagt Jörg Stadler, Marketing-Chef der europäischen Supercomputer-Sparte von NEC. "Damit lassen sich beispielsweise auch Taifune mit ihrem Durchmesser von etwa hundert Kilometern detailliert betrachten." Bislang seien die Wirbelstürme durchs Raster gerutscht.

Dass der Riesencomputer derart kleinräumige Ereignisse spielend berechnen kann, hat er Stadler zufolge bereits in ersten Testläufen bewiesen. Für eine genauere Betrachtung der ganzen Erde fehlen aber noch die Programme: Bisher existiert kein Klimamodell, das den Globus in einer solchen Auflösung beschreiben und die Leistungsgrenze des gigantischen Rechners wenigstens annähernd ausschöpfen kann. Das birgt nach Ansicht von Thomas Stocker ein erhebliches wirtschaftliches Risiko: "Computer werden immer schneller und billiger. Die Japaner stehen deshalb unter Druck", so der Forscher. "Eine derartige Großinvestition muss nach relativ kurzer Zeit Gewinn abwerfen - in diesem Fall Resultate."

Im Klartext heißt das: Der Earth Simulator, ein Prestigeprojekt der japanischen Regierung, das anlässlich des ersten Kyoto-Gipfels 1997 ins Leben gerufen wurde, muss sich internationalen Experten öffnen. Der leistungsfähigste Großrechner steht derzeit zwar auf japanischem Boden, die Klima-Kompetenz ist jedoch über die ganze Welt verstreut. Um den Computer mit Volldampf betreiben zu können, ist die internationale Forschungselite gefragt. Und selbst wenn alle an einem Strang ziehen, wird es noch Jahre dauern, bis ein Klimaprogramm entwickelt ist, das der gigantischen Rechenleistung halbwegs angemessen ist.

Die Entwicklung einer solchen Super-Simulation ist äußerst aufwendig: "Die Prozesse in der Atmosphäre sind so komplex, dass man um eine Vereinfachung nicht herumkommt", erklärt Luis Kornblueh, Experte für Klimamodelle am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg. Physikalische Abläufe müssen deshalb auf wesentliche Parameter reduziert werden, bevor der Earth Simulator mit ihnen rechnen kann. "Das ist viel Arbeit", sagt Kornblueh. "Allein die Parametrisierung der Wolkenprozesse und des Niederschlags dauert gut drei Jahre."

Nach Ansicht Kornbluehs lässt sich der Earth Simulator derzeit nur sinnvoll nutzen, um dasselbe Klimamodell gleichzeitig in mehreren, jeweils leicht abgewandelten Versionen ablaufen zu lassen. Mit Hilfe solcher so genannter Ensemble-Simulationen können die Wissenschaftler zum Beispiel überprüfen, wie ein Klimamodell auf geringfügige Veränderungen der Ausgangswerte reagiert.

Noch hat der Earth Simulator aber keine großen Ensembles berechnet. Kritiker argwöhnen gar, dass die Japaner zunächst hinter verschlossener Tür experimentieren. Dann könnten fernöstliche Forscher die "großen Kartoffeln" präsentieren, bevor internationale Teams im Superhirn ans Werk gehen dürfen. NEC-Vertreter Stadler aber bittet um Nachsicht. Schließlich sei das Riesengerät erst im März an den Start gegangen: "Die Forschung mit dem Earth Simulator steht erst an ihrem Anfang."