INGenius: Dr.-Ing. Bernd Mohr

Simulationen für eine der größten Forschungseinrichtungen Europas
Im Forschungszentrum Jülich arbeiten fast 4.500 Mitarbeiter, darunter alleine 1.300 Wissenschaftler. Mit einem Jahresbudget von 415 Millionen Euro wird hier interdisziplinäre Forschung in den Bereichen Gesundheit, Energie und Umwelt sowie Informationstechnologie betrieben. Eine der Schlüsselkompetenzen in Jülich ist – neben der Physik – die Simulation auf Supercomputern.

Die Benutzerunterstützung und Programmoptimierung bei diesen Simulationen sind die Arbeitsfelder von Bernd Mohr. Seine Aufgabe besteht in der Unterstützung und Beratung der Wissenschaftler, die die Jülicher Superrechner für ihre Forschungsarbeiten nutzen wollen. „Unsere Computer sind ja viele Millionen Euro teuer und da ist es wichtig, dass die eingesetzten Programme den Rechner optimal auslasten.“ Durch die mit ihm entwickelten Programmoptimierungen erhalten die Forscher ihre Ergebnisse schneller oder können in der ihnen zur Verfügung stehenden Rechenzeit größere Datenmengen bearbeiten.

Im Rahmen seiner Tätigkeit arbeitet Mohr zusammen mit Benutzern aller denkbaren Richtungen. Er berät Physiker, Chemiker, Astronomen genauso wie beispielsweise Mediziner – seit einigen Jahren trifft er aber zunehmend auch auf Ingenieur-„Kollegen“ in Jülich. Beispielsweise auf Ingenieure aus den Bereichen Maschinen- und Anlagenbau, aus den Werkstoffwissenschaften oder anderen ingenieurwissenschaftlichen Zweigen der RHTW Aachen, mit der das Forschungszentrum traditionell eine enge Zusammenarbeit pflegt, die seit einiger Zeit in der Jülich Aachen Research Allianz (JARA) gebündelt werden.

Mit der Aachener Hochschule zusammen hat man in Jülich Ende 2007 gar ein gemeinsames Joint Venture gegründet: Die German Research School für Simulation Sciences, kurz grs-sim. Sie vereint zum ersten Mal in Deutschland die Ressourcen eines Forschungszentrums mit denen einer Hochschule zu einer „Forschungsschule“ in eigener Rechtsform. Die grs-sim verfügt mit dem Lehrstuhl für „Angewandtes Supercomputing im Maschinenbau“ über einen Forschungsschwerpunkt, der sich ganz speziell mit dem Brückenschlag zwischen Ingenieurwissenschaften und Informatik beschäftigt.

Mit einem Tag der offenen Tür fing alles an
Ursprünglich war der Berufswunsch des heutigen Dr.-Ing. und Diplom-Informatikers einmal ein ganz anderer: „Ich wollte eigentlich immer Architekt werden und große Bauwerke (Brücken, Staudämme) in der ganzen Welt bauen, um dann später meinen Enkeln erzählen zu können: Siehst Du da hinten die Brücke? Die ist von Deinem Großvater!“, berichtet Mohr. Das änderte sich allerdings an jenem Wochenende, an dem er in der 11. Klasse von seinem Mathe- und Physiklehrer dazu überredet wurde, den Tag der offenen Tür an der 100 km entfernten Universität Erlangen-Nürnberg zu besuchen. „Damals (Ende der 70er Jahre) gab es die ersten programmierbaren Tischcomputer, die wir auch in der Schule hatten, und wir wollten uns die großen Rechner an der dortigen Fakultät für Ingenieurwissenschaften anschauen. Und nach diesem Tag stand für mich fest, dass ich dort studieren wollte.“

Dort, in Erlangen, ist die Informatik an der ingenieurwissenschaftlichen Fakultät eingebunden und so erwarb Bernd Mohr mit seiner Promotion den Titel eines Doktors der Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.). Mohr: „Natürlich wird auch schon im Grundstudium auf eine entsprechende Ingenieurausbildung geachtet; so habe ich auch als Informatiker Vorlesungen zu Ingenieurmathematik und Elektrotechnik besuchen müssen bzw. dürfen.“

Von Beginn an Arbeit mit schnellen Rechnern
Die Erlanger Informatiker entwickelten schon in den 80er Jahren Parallelrechner. Und so saß Mohr damals an den ersten Clustercomputern in Deutschland. Zuerst als studentische Hilfskraft, dann als wissenschaftlicher Mitarbeiter und schließlich während der Promotion. Dem Dr.-Titel in Erlangen folgte eine Post-Doc(„nach dem Doktor“-Titel)-Stelle an der Universität in Oregon, USA. Drei Jahre später wechselte er dann 1995 an das Forschungszentrum Jülich. „Wobei zu sagen ist, dass ich es niemals im Voraus so geradlinig geplant hatte, sondern dass es sich immer so ergab, dass mir jemand am Ende eines Abschnitts ein Angebot machte, das ich nicht ablehnen konnte, und so ist eines zum anderen gekommen.“

Supercomputer sind immer „Einzelanfertigungen“
Am 26. Mai 2009 wurden in Jülich gleich zwei neue, beziehungsweise ausgebaute Supercomputer feierlich eingeweiht. Der Supercomputer JUGENE und das Computertandem JUROPA/HPC-FF schafften es in der darauffolgenden Weltrangliste der Supercomputer TOP 500 auf die Plätze 3 und 10.

Zurzeit ist Mohr damit beschäftigt, die speziellen Programme, die in Jülich für die Optimierung und Überwachung der Benutzerprogramme entwickelt wurden, an die neuen Supercomputer anzupassen. Rechner dieser Leistungsklasse erfordern stets eine individuelle Behandlung: Die Überwachung der gewaltigen Menge von nun 300.000 Recheneinheiten („cores“ – zum Vergleich: ein heute handelsüblicher PC hat zwei oder maximal vier „cores“) und der bei ihrer Arbeit anfallenden Datenmengen stellt eine echte Herausforderung dar. Mohr: „Stellen Sie sich zum Vergleich vor, Sie müssten ein System entwickeln, das alle 300.000 Arbeiter einer riesigen Fabrik automatisch überwacht, sodass man sicherstellen kann, dass alle zufriedenstellend arbeiten und immer etwas zu tun haben.“

Keine Langeweile
Der enorme technologische Fortschritt auf dem Gebiet der Computertechnik erstaunt Mohr immer wieder. Sein neuer Laptop beispielsweise, der von ihm für die klassischen Anwendungen wie das Bearbeiten von Dokumenten oder E-Mails und die Recherche im Internet genutzt wird, hätte noch vor zehn bis zwölf Jahren zu den 500 leistungsstärksten Rechnern der Welt gezählt. Aber diese nach wie vor andauernd rasante Entwicklung hat für Mohr ihre Vorteile: „Sie sorgt auch dafür, dass ich in meinem Beruf immer dazulernen muss und es nie langweilig wird.“

Besonders stolz ist Mohr auf das spezielle Analyseprogramm Scalasca ("Scalable Analysis of Large Scale Applications"), das er und seine Kollegen in Jülich seit mehreren Jahren entwickeln. Es ist weltweit eines der wenigen, das mit den heute sehr, sehr großen Supercomputern zurechtkommt, und ist deshalb in vielen Höchstleistungs-Rechenzentren in der ganzen Welt im Einsatz.

Zunehmender Trend zur Forschung mit Simulation
Um die Zukunft seines Arbeitsplatzes braucht Mohr nicht bange sein – im Gegenteil. Seit Jahren beobachtet er, dass mehr und mehr Forschungsbereiche auf Supercomputer zurückgreifen, um damit ihre theoretischen und experimentellen Arbeiten zu ergänzen. Simulationen helfen Erkenntnisse über Vorgänge zu gewinnen, die real durchzuführen zu teuer, zu gefährlich oder schlichtweg unmöglich wäre. Mohr: „Ich denke, dass sich dieser Trend fortsetzen wird und Supercomputer für die zukünftige Innovation und Forschung auf allen Gebieten unersetzlich werden.“ Der Bedarf an Simulationen durch Supercomputer steigt deshalb rasant. Bedarfsschätzungen gehen davon aus, dass der Bedarf an Rechenzeit sich schon in den nächsten Jahren wenigstens verzehnfachen, in einzelnen Bereichen auch verfünfzigfachen wird.

Die Planungen für die noch größeren, noch schnelleren Rechner, die diesem Bedarf Herr werden können, haben schon heute begonnen. So ist Mohr Mitglied einer internationalen Expertengruppe, die sich Gedanken über die Programmierung der Rechner der nächsten größeren Generation macht, die für das Jahr 2018 bis 2020 erwartet wird. Diese Rechner werden in der Lage sein, eine Trillion Rechenschritte pro Sekunde (Exaflops) auszuführen. Dafür bräuchte man circa 25 Millionen PCs heutiger Bauart.

Keine Computerspiele mehr
„Eigentlich bin ich ein richtiger Computer-Geek“, meint der 49-jährige Familienvater. Als seine beiden Kinder noch jünger waren, hat er manchmal Computerspiele mit ihnen zusammen gespielt. Heute, wo seine Kinder 17 und 20 Jahre alt sind, verbringt Bernd Mohr allerdings seine Freizeit lieber zusammen mit seinen 2 Beagles draußen an der frischen Luft oder auch einfach mal nur faulenzend auf der Couch.

Teamfähigkeit und Ausdrucksvermögen sind gefragt
Neben dem Interesse an Technik und Mathematik sollte ein angehender Ingenieur nach Mohrs Einschätzung auf jeden Fall auch Talent im sprachlichen Bereich und Freude an Teamarbeit mitbringen. „Das Bild vom Tüftler, der einsam vor sich hinarbeitet oder bastelt, ist vollkommen falsch“. Wissenschaftliche und technische Projekte seien heutzutage immer Teamarbeit, oft mit einer internationalen Zusammensetzung. Mohr: „Mein Kollege, mit dem ich ein Büro teile, kommt zum Beispiel aus Schottland. Deswegen sind gute Kenntnisse in einer Fremdsprache (am besten Englisch) unerlässlich; in Deutsch sowieso, man muss ja seine Arbeiten anderen Leuten oder Kollegen erklären und verkaufen können.“

Jungendlichen, die sich für ein Ingenieurstudium interessieren, empfiehlt Bernd Mohr schon möglichst vor dem Abitur, beispielsweise in den Sommerferien, Praktika zu absolvieren – am besten in einem Betrieb oder einer Einrichtung mit einem Aufgabengebiet, für das man sich interessiert. „Manche Universitäten bieten auch Schnuppervorlesungen für Schüler der 13. Klasse an. Auf diese Weise kann man frühzeitig feststellen, ob die Vorstellungen, die man sich über den zukünftigen Beruf gemacht hat, mit der Realität übereinstimmen und gleich wichtige Kontakte für später knüpfen.“

Mindestens genauso wichtig sei aber, nicht gleich aufzugeben und sich durchzubeißen, wenn einem am Anfang das Studium etwas trocken und theoretisch vorkommt. Mohr: „Das Beste kommt, wie oft im Leben, halt immer zum Schluss. Ich kenne Personalchefs, die einen Akademiker oder Ingenieur nur deshalb einstellen, weil sie wissen, dass dieser auch komplizierteste Probleme löst, und nicht immer gleich aufgibt.“