Zwei Jahre nach der Inbetriebnahme feierte die Universität Bonn ihren Supercomputer Marvin mit einem Community-Event am Forschungs- und Technologiezentrum Detektorphysik. Für das Institut für Informatik ist Marvin weit mehr als eine Rechenplattform: Er dient als zentrales Werkzeug, mit dem Bonner Informatikerinnen und Informatiker gemeinsam mit Forschenden anderer Disziplinen Daten analysieren, Modelle trainieren und neue Algorithmen entwickeln.
Marvin als Innovationsmotor
„Seit zwei Jahren ist Marvin ein Innovationsmotor für unsere Forschung an der Universität Bonn“, sagte Prof. Dr. Maren Bennewitz zur Eröffnung der Veranstaltung. Sie ist Prorektorin für Digitalisierung und Informationsmanagement und leitet die Gruppe Humanoid Robots Lab am Institut für Informatik. „Er hat unser wissenschaftliches Arbeiten im letzten Jahr noch einmal spürbar verändert. Ob komplexe Simulationen, datenintensive Analysen und Spitzenforschung in den Bereichen Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen: Marvin eröffnet unseren Forscherinnen und Forschern Möglichkeiten, die vor zwei Jahren noch nicht absehbar waren."
Mit Blick auf die erfolgreiche Bestätigung der Universität Bonn als Exzellenzuniversität mit acht Exzellenzclustern betonte sie: "Es versteht sich von selbst, dass digitale Infrastrukturen wie Marvin dabei eine zentrale Rolle spielen. Er steht exemplarisch für unseren Anspruch, wissenschaftliche Exzellenz mit modernster Infrastruktur zu verbinden. Mit High Performance Computing schaffen wir die Voraussetzungen, um wissenschaftliche Innovation auf höchstem Niveau weiterzuentwickeln.“ Das zeigt sich unter anderem darin, dass Marvin große Verbundprojekte wie die Exzellenzcluster „Phenorob“, „Color meets Flavor“ und „Dynaverse“ sowie die DFG-Sonderforschungsbereiche DETECT und NuMeriQS unterstützt.
Vom Molekül bis zum Universum
Prof. Dr. Petra Mutzel präsentierte die vielfältige Nutzung des High-Performance-Computing (HPC)-Clusters: Über 500 Forschende aus verschiedenen Disziplinen nutzen Marvin. Der Supercomputer unterstützt KI-gestützte Methoden zur Entwicklung neuer Therapeutika, die bereits Grundlage eines millionenschweren Krebsforschungsprojekts waren. Er trainiert neuronale Netze für autonome Fahrzeuge, Robotik und nachhaltige Landwirtschaft. Auch in der Klima- und Satellitendatenanalyse, der Simulation von Batteriesystemen sowie in Chemie, Physik und Astrophysik – etwa bei der Erforschung schwarzer Löcher oder der Wechselwirkungen von Quarks und Gluonen – spielt Marvin eine Schlüsselrolle.
Marvin ermöglicht nicht nur die Analyse großer Datenmengen, sondern schafft zugleich die Grundlage für neue Forschungsansätze und Publikationen. So werden Projekte realisierbar, die ohne diese Infrastruktur undenkbar wären.
Marvin-Pokal geht an RiverMamba
Die Bandbreite der Anwendungen von High-Performance-Computing an der Universität Bonn zeigte sich auch bei der Kurzvorstellung von zehn ausgewählten Projekten. Den diesjährigen Marvin-Pokal gewann das Team um Mohamad Hakam Shams Eddin und Prof. Dr. Jürgen Gall mit ihrem neuen KI-Modell RiverMamba. Damit lassen sich Überflutungsrisiken präziser vorhersagen als bisherige Verfahren. "Die Veranstaltung hat wieder einmal gezeigt, dass die HPC Infrastruktur und Marvin eine Grundvoraussetzung für exzellente Forschung an der Universität Bonn sind. Der transdisziplinäre Charakter der Veranstaltung hat mir sehr gefallen. Es war sehr interessant, mit den Kolleginnen und Doktorandinnen über Anwendungsfälle und Lösungsansätze zu diskutieren", so Gall, Leiter der Computer Vision Group in der Informatik III. Die mit dem Preis gewonnene zusätzliche Rechenzeit will er nutzen, um das Modell auf einer höheren Auflösung zu trainieren und damit lokal bessere Vorhersagen zu machen.
Den zweiten Platz belegte Katrin Drysch vom Mulliken Center for Theoretical Chemistry. Sie nutzte die Möglichkeiten des High Performance Computing, um einen Workflow zur Erstellung von Nanoplastikpartikeln zu entwickeln. Mithilfe dieser Partikel können die Wechselwirkungen von Nanoplastik mit verschiedenen Umgebungen, wie etwa dem menschlichen Körper oder dem Meer, untersucht werden.
Das Team um Prof. Dr. Michael Hölzel (Institut für Experimentelle Onkologie) und PD Dr. Gregor Hagelueken (Institut für Strukturbiologie) nutzt KI-Modelle, um neue Proteine zu designen, die man in der Krebstherapie oder gegen Viren einsetzen kann. Mit Hochleistungsrechnern wie Marvin lassen sich tausende theoretisch geeignete Entwürfe erstellen, die man anschließend im Labor testen kann. Damit holten sie bei der Abstimmung den dritten Platz. Über die Gewinner entschied das Publikum per Abstimmung. Die Preise umfassten zusätzliche Rechenzeit sowie teils eine intensivierte Betreuung durch das HPC-Support-Team.
Keynote über High-Performance Engineering
Ein Höhepunkt war die Keynote von Dr. Georg Hager, Leiter der Forschung am Nationalen Hochleistungsrechenzentrum Erlangen-Nürnberg. In „Do the math! Pen-and-paper HPC for fun and profit“ zeigte er, wie man mit einfachen Berechnungen die Performance von Codes analysiert und optimiert. Statt sich nur auf komplexe Tools zu verlassen, hilft dieser „Rechnen-auf-dem-Papier“-Ansatz dabei, Engpässe sichtbar zu machen und Programme effizienter zu gestalten. Flankiert wurde dies durch intensive Workshops, persönlichen Austausch und einen Hackathon, in denen Bonner Forschende gemeinsam mit dem Erlanger Experten ihre Programme praxisnah verbessern konnten.
Ergänzend zu den Vorträgen präsentierten Forschende ihre Arbeiten auch in einer Poster-Session. Insgesamt zwölf Poster zeigten weitere Projekte, die mithilfe von Marvin realisiert wurden. Die Session bot Gelegenheit für vertiefte Diskussionen, neue Kontakte und interdisziplinären Austausch innerhalb der wachsenden HPC-Community der Universität.
Technische Unterstützung für Bonner Forschende
Für den technischen Betrieb und die Einführung in die optimale Nutzung des Supercomputers ist das HPC-Team des Hochschulrechenzentrums verantwortlich. Teamleiter Dr. Dirk Barbi betonte die Bedeutung einer leistungsfähigen Infrastruktur: „Mit Marvin haben wir eine stabile zentrale Plattform geschaffen, die Forschenden aus unterschiedlichsten Disziplinen Hochleistungsrechnen zugänglich macht. Besonders im Bereich Künstliche Intelligenz und datenintensiver Simulationen sehen wir, wie stark die Nachfrage wächst.“
Die Forschenden werden bei wissenschaftlichen Aspekten und Herangehensweisen durch das High Performance Computing and Analytics Lab (HPC/A-Lab) unterstützt, das am Digital Science Center angesiedelt ist. „Marvin steht für unseren Anspruch, Hochleistungsrechnen in der Forschung wirklich nutzbar zu machen. Dass Bonn weiter Exzellenzuniversität sein wird, zeigt das enorme Potenzial hier, und wir freuen uns, unseren Teil dazu beizutragen“, erklärte Prof. Dr. Petra Mutzel, Leiterin des HPC/A-Labs. „Die Projekte, die heute vorgestellt wurden, zeigen eindrucksvoll, welches wissenschaftliche Potenzial in dieser Infrastruktur steckt.“
Schlüsseltechnologie für interdisziplinäre Forschung
Eine wichtige Rolle spielt Marvin etwa für den transdisziplinären Forschungsbereich TRA Modelling. Der Forschungsverbund verbindet mathematische und informatische Methoden mit Anwendungen in zahlreichen Disziplinen, von den Lebenswissenschaften über Medizin und Geowissenschaften bis hin zur Ökonomie. Der Sprecher der TRA Modelling, Prof. Dr. Jürgen Gall, erklärte: „Die Fragestellungen, mit denen sich die Forschenden in der TRA Modelling beschäftigen, betreffen oft komplexe Systeme mit vielen miteinander interagierenden Komponenten. Um solche Systeme zu verstehen, sind Modellierung, Simulation und High-Performance-Computing unverzichtbar. Marvin ist deshalb für viele Projekte in der TRA ein zentraler Baustein.“ Dass solche transdiziplinären Forschungsansätze gezielt und erfolgreich gefördert werden, zeigt ein Blick auf die Veranstaltung im Vorjahr: Das Polyglot-Projekt wurde von der TRA Sustainable Futures finanziell unterstützt und konnte dank der gewonnenen Rechenzeit eines der führenden Sprachmodelle für Portugiesisch erstellen.
Supercomputer Marvin in Zahlen
Mit 320 NVIDIA-GPUs und 18.400 CPU-Rechenkernen und einer Anschlussleistung von 430 kW gehört Marvin zu den leistungsfähigsten akademischen Supercomputern Deutschlands. Zwei Drittel der Kapazität sind speziell für maschinelles Lernen und KI-Anwendungen optimiert – ein Alleinstellungsmerkmal im universitären Umfeld. Seit seiner Inbetriebnahme am 11. März 2024 hat das HPC-Team des HRZ auf Marvin bereits 675 registrierte Nutzende aus 183 Forschungsgruppen unterstützt. In dieser Zeit wurden von den Teammitarbeitern über 1.900 Supportanfragen bearbeitet und insgesamt 70 Workshops durchgeführt (Stand Ende 2025).
