IT-Revolutionen am Cern

Die Idee des schnellen Datenaustausches auf Basis eines weltumspannenden Netzwerks wurde 1989 am Cern (siehe Infobox S. 39) nahe Genf geboren: Ein Teil der damaligen Laboratorien des Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire befand sich auf französischem Gebiet, ein anderer in der Schweiz. In den beiden Ländern herrschte damals eine unterschiedliche Netzwerkinfrastruktur, die den Austausch von Informationen erschwerte. Der Ingenieur Tim Berners-Lee schlug daraufhin seinem Arbeitgeber ein Projekt vor, das den weltweiten Austausch sowie die Aktualisierung von Informationen zwischen Wissenschaftlern vereinfachen sollte. Sein Konzept: Grafiken und Texte sollten online, über das schon längst existierende Internet, darstellbar sein und auf dem Hyptext-Prinzip beruhen. Berners-Lee verwirklichte sein Projekt, entwickelte die beiden Grundbausteine, HTML (Hypertext Markup Language) sowie HTTP (Hypertext Transfer Protokoll), dazu auch noch den ersten Browser und einen Webserver unter dem Betriebssystem NeXTStep. Das World Wide Web war geboren.

Für den heutigen Generaldirektor am Cern, den deutschen Professor Rolf-Dieter Heuer, ist diese Entwicklung eine logische Konsequenz: «Weil die Experimente an der Vorgängermaschine des LHC so gross und international wurden, brauchten wir eine neue Plattform, die schnell, zuverlässig und weltweit für die dazu berechtigten Personen Informationen zur Verfügung stellt. Das war die Geburtsstunde des World Wide Web.»

Urknall: die Suche im Heuhaufen

Was damals mit einem Informationsfluss von «einigen» Bits und Bytes begann, hat, gemessen an 1989, mittlerweile astronomische Ausmasse angenommen. Die Datenmengen sind im Lauf der Zeit regelrecht explodiert und erreichen heute am Cern Grössenordnungen von rund 15 Millionen Gigabyte (entspricht 15 Petabyte) pro Jahr. Zum Vergleich: Stapelt man 700 MB grosse CDs aufeinander, würde die Höhe eines daraus resultierenden Turmes 20 Kilometer betragen.

Verantwortlich für diese riesige Datenmenge sind natürlich die Experimente. Vor allem diejenigen, die am Teilchenbeschleunigerring, kurz LHC (Large Hadron Collider), durchgeführt werden. Im 27 Kilometer langen Ringtunnel werden dazu zwei gegenläufige Protonenstrahlen (von je ca. 30 cm Länge) mit annähernder Lichtgeschwindigkeit zur Kollision gebracht. Um überhaupt auf eine so hohe Geschwindigkeit zu kommen, bedarf es eines ausgeklügelten Beschleunigungssystems mit riesigem technischem Aufwand. Denn diese kleinen Teilchen werden zuerst in einem anderen, kleineren Ring vorbeschleunigt und erst bei genügend Tempo in den LHC eingespeist. Um die Teilchen exakt durch den Ring zu führen, werden sie magnetisch auf Bahn gehalten. Der enorme Energieaufwand resultiert in einer entsprechenden Erhitzung und bedarf folglich einer extremen Kühlung von Minus 271,3 Grad Celsius. Damit liegt die Temperatur des LHC sogar knapp unter der Weltraumtemperatur.

Kommt es beim Experiment zum Zusammenstoss zwischen zwei gegenläufigen Protonen(strahlen) im Teilchenbeschleuniger, nehmen die hochsensiblen Fühler (im Fachjargon Detektoren genannt) aufgrund des energiereichen Zusammenstosses entsprechend riesige Mengen an Daten auf. Genau diese Daten sind es, die Wissenschaftler interessieren. Denn damit wird der «Big Bang», also der Urknall, simuliert. Die Forscher wollen so detaillierte Erkenntnisse über die Entstehung des Universums gewinnen und sogenannte Antimaterie aufspüren, die es damals «in den ersten Stunden» vor ca. 13,7 Milliarden Jahren gegeben hat.

Vom WWW zum World Wide Grid

Den Wissenschaftlern am Cern wurde schnell klar, dass einzelne Computer - und seien sie noch so leistungsstark - mit der Aufnahme sowie der zeitnahen Analyse und Auswertung schlichtweg überfordert sind. Ein neues Computermodell zur Steigerung der Rechenleistung und Speicherkapazität musste her.

Gleichzeitig mit der Planung für den LHC-Ring im Jahr 1994 wurde daher das Grid Computing (engl. für Vernetzung) entwickelt. Ein Grid basiert im Grunde genommen auf dem gleichen Prinzip wie das WWW. Die Möglichkeiten der Vernetzung sind allerdings gigantisch. Im Grid werden nicht nur Daten gemeinsam genutzt, sondern auch Rechenleistung und Speicher. Die Idee: Wissenschaftler können sich über ihren PC am Grid anmelden und Berechnungen von Maschinen weltweit durchführen lassen, wo immer gerade Kapazitäten frei sind. Wer Rechenleistung braucht, kann diese einfach an fernen Standorten nach Bedarf mieten, statt diese selbst zu besitzen. Kommt Ihnen das bekannt vor? Richtig, das Trendthema Cloud ist ein naher Verwandter des Grid, mit einigen Unterschieden, was etwa die Kontrollinstanz (zentral vs. dezentral) oder auch die Zielsetzung (kommerziell vs. wissenschaftlich) betrifft.