ETH Zürich und CSCS prägen die diesjährigen Gordon-Bell-Auszeichnungen

Ein internationales Team von 26 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, darunter mehrere von der ETH Z¨¹rich und vom Swiss National Supercomputing Centre (CSCS), wurde mit dem ACM Gordon Bell Prize for Climate Modelling 2025 ausgezeichnet. Damit ehrte die Jury das Erreichen eines lang verfolgten Ziels der Klimaforschung: die erste vollst?ndige Erdsystemsimulation mit einer Aufl?sung von 1 km. Ihr Projekt Computing the Full Earth System at 1 km Resolution stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Realit?tsn?he und im wissenschaftlichen Wert globaler Klimasimulationen dar.

Der Preis w¨¹rdigt wegweisende Fortschritte im Parallel Computing, die helfen, die dringendsten ?kologischen Herausforderungen der Menschheit anzugehen. Da der Klimawandel weiterhin extreme Wetterereignisse, D¨¹rren, Waldbr?nde und St?rungen von ?kosystemen verst?rkt, er?ffnet die F?higkeit, das gesamte Erdsystem mit diesem Detaillierungsgrad zu modellieren, neue M?glichkeiten, zuk¨¹nftige Klimarisiken besser zu verstehen und sich darauf vorzubereiten.

Eine neue ?ra der globalen Klimamodellierung

Klimamodelle geh?ren zu den leistungsf?higsten Instrumenten f¨¹r die Vorhersage planetarer Ver?nderungen, doch die vollst?ndige Abbildung der Wechselwirkungen zwischen Atmosph?re, Ozeanen, Land, Wasser-, Energie- und Kohlenstoffkreisl?ufen war bisher kaum erreichbar. Traditionelle globale Modelle hatten nicht die Aufl?sung, um viele lokale Prozesse darzustellen, weshalb Forschende f¨¹r detailliertere Erkenntnisse auf regionale Modelle angewiesen waren.

Das Gewinnerteam ¨¹berwand diese Einschr?nkungen, indem es die weltweit erste globale Simulation mit einer Gitterweite von 1.25 km durchf¨¹hrte ¨C unter Einsatz einer nie dagewesenen Anzahl von Freiheitsgraden. Dieser Durchbruch wurde erm?glicht durch zwei der weltweit gr?ssten NVIDIA-GH200-Supercomputing-Installationen: das ?Alps¡°-System des CSCS und den JSC JUPITER-Supercomputer. Gemeinsam stellten sie die Rechenleistung und Geschwindigkeit bereit, die f¨¹r diese wegweisende Simulation erforderlich waren.

Technische Innovationen, die den Durchbruch erm?glichten

Um diese Aufl?sung zu erreichen, f¨¹hrten die Forschenden mehrere Neuerungen im High-Performance-Computing-Design ein. Ihr Ansatz nutzte funktionale Parallelit?t, um verschiedene Komponenten des Erdsystems auf heterogene Architekturen abzubilden, und entkoppelte die Fortran-basierte Modellimplementierung von architekturspezifischen Optimierungen. Dies erm?glichte Leistungsportabilit?t und erleichterte das Tuning auf unterschiedlichen Plattformen.

Diese Innovationen machten nicht nur die Simulation mit 1 km Aufl?sung m?glich, sondern schaffen auch die Grundlage f¨¹r zuk¨¹nftige globale Modelle, die schneller, anpassungsf?higer und umfassender sind.

Lokale Einblicke, globale Wirkung

Die Forschenden betonen, dass ihre Leistung weit mehr ist als ein technischer Durchbruch. Sie erkl?ren, dass das neue Modell das Potenzial hat, globale Informationen zum Erdsystem auf tats?chlich lokalen Skalen bereitzustellen ¨C und damit Einblicke in die Auswirkungen der zuk¨¹nftigen Erw?rmung auf Menschen und ?kosysteme zu liefern, wie sie bisher nicht verf¨¹gbar waren.

Mit diesem bisher unerreichten Grad an Detailtiefe k?nnen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun globale Prozesse mit einer Granularit?t untersuchen, die fr¨¹her nur regionalen Modellen vorbehalten war. Dies erm?glicht pr?zisere Vorhersagen zu extremen Wetterereignissen, lokalisierten Klimaauswirkungen und langfristigen planetaren Ver?nderungen.

Eine paneurop?ische Zusammenarbeit

Diese Leistung ist das Ergebnis einer aussergew?hnlichen Zusammenarbeit zwischen f¨¹hrenden Klima- und HPC-Institutionen in Europa.

Das 26-k?pfige Team vereint Expertinnen und Experten der ETH Z¨¹rich ¨C darunter Torsten Hoefler, Alexandru Calotoiu, Yakup Budanaz, Pratyai Mazumder, Marcin Copik und Benjamin Weber ¨C sowie Forschende des Swiss National Supercomputing Centre (CSCS): Jonathan Coles, Miguel Gila und William Sawyer. Aus Deutschland trugen Fachleute des Max-Planck-Instituts f¨¹r Meteorologie bei: Daniel Klocke, Ren¨¦ Redler, Reiner Schnur, Helmuth Haak, Luis Kornblueh, Cathy Hohenegger, Nils Br¨¹ggemann und Bjorn Stevens. Vom DKRZ kamen Jan Frederik Engels, Hendryk Bockelmann und Claudia Frauen hinzu. Weitere Teammitglieder waren Dmitry Alexeev (NVIDIA), Fatemeh Chegini (Universit?t Hamburg) sowie Manoel R?mmer, Lars Hoffmann, Sabine Griessbach, Mathis Bode und Andreas Herten (Forschungszentrum J¨¹lich). Ihre geb¨¹ndelte Expertise bildete die Grundlage f¨¹r diesen wissenschaftlichen Durchbruch.

Honorable Mention f¨¹r Durchbruch in der Quanten-Transportforschung

Zus?tzlich zur Hauptauszeichnung verlieh das ACM-Komitee auch einem herausragenden Projekt der ETH Z¨¹rich eine Honorable Mention. Ein zehnk?pfiges Team unter der Leitung von Professor Mathieu Luisier wurde f¨¹r seine Arbeit Ab-initio Quantum Transport with the GW Approximation, 42,240 Atoms, and Sustained Exascale Performance gew¨¹rdigt. Das Team ¨C darunter Nicolas Vetsch, Alexandros Nikolaos Ziogas, Alexander Maeder, Vincent Maillou, Anders Winka, Jiang Cao, Grzegorz Kwasniewski, Leonard Deutschle (ebenfalls NVIDIA), Torsten Hoefler und Mathieu Luisier ¨C erzielte bedeutende Fortschritte in der grossskaligen Quanten-Transportsimulation.

Ihre Arbeit erreichte nachhaltige Exascale-FP64-Leistung auf einigen der leistungsst?rksten Supercomputer der Welt. Dies markiert einen wichtigen Schritt f¨¹r die computergest¨¹tzte Materialwissenschaft und unterstreicht die f¨¹hrende Rolle der ETH Z¨¹rich in der HPC-basierten Forschung.

Anerkennung an der SC25

Die Auszeichnungen wurden an der SC25 in St. Louis, Missouri, der weltweit f¨¹hrenden Konferenz f¨¹r High-Performance Computing, bekannt gegeben. W?hrend der Gordon Bell Prize an ein US-Team ging und die Arbeiten mehrere f¨¹hrende US-Supercomputer umfassten, zeigte sich gleichzeitig die besondere St?rke des CSCS-Supercomputers ?Alps¡°. Gemeinsam unterstreichen diese Erfolge die zentrale Rolle der ETH Z¨¹rich, des CSCS und von ?Alps¡° bei der Weiterentwicklung der globalen wissenschaftlichen Rechenforschung.

Diese ?bersetzung wurde mit Unterst¨¹tzung eines KI-Tools erstellt.