Beginn einer neuen Ära

Gute Nachrichten in unsicheren Zeiten: In den vergangenen Wochen hat das RRZE einen positiven Bescheid für einen zentralen DFG-Großgeräteantrag zum Ausbau des Backbone-Datennetzes der FAU erhalten. Dadurch soll das Kernbackbone des RRZE innerhalb der Metropolregion Erlangen-Nürnberg für die Zukunft fit gemacht und auf den Transport enormer Datenmengen im Bereich von Wissenschaft, Forschung und Digitalisierung vorbereitet werden. (BI96, H. Wünsch)

Ausbau der 100-Gigabit-Netzwerktechnik

Im Rahmen des zentralen Großgeräteantrags ist geplant, das Backbone des FAU-Datennetzes weitestgehend auf 100-Gigabit-Technologie aufzurüsten und die zugrundeliegende Netzwerktopologie des FAU-Datennetzes, inklusive Anbindung an das Deutsche Forschungsnetz X-WiN beziehungsweise an das Internet, auf die Verarbeitung möglichst hoher Datenströme hin zu optimieren. Dadurch lassen sich künftig nicht nur die zu erwartenden massiven Datenströme der HPC-Anwender innerhalb der FAU besser kanalisieren, sondern es werden auch dringend notwendige Kapazitäten zur nachhaltigen Vernetzung der angeschlossenen Systeme im gesamten nordbayerischen Raum geschaffen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Positionierung des RRZE als Bewerber um einen Standort für Nationales Hochleistungsrechnen (NHR).

Ausbau der LWL-Faserplattform

Um in Zukunft eine 100-Gigabit-Versorgung des Kernnetzes grundsätzlich auch innerhalb der Stadtgebiete Nürnberg und damit der gesamten Metropolregion zu ermöglichen, konnte jetzt nach mehrjährigen Verhandlungen mit beteiligten Carrierunternehmen ein wirtschaftliches Angebot bezüglich Anmietung einer direkten optischen Glasfaserverbindung zwischen den Hauptstandorten Erlangen (RRZE) und Nürnberg (WiSo) eingeholt und nach Klärung der Finanzierung letztlich auch beauftragt werden. Die Bereitstellung von zwei optischen Fasern innerhalb der über 30 Kilometer langen Trasse von Erlangen über Fürth nach Nürnberg, wird voraussichtlich noch im Jahr 2020 durch die beteiligten Partner durchgeführt.

Insbesondere soll durch den geplanten Ausbau des Weitverkehrsnetzes eine zukunftssichere, hochperformante und providerunabhängige Verbindung der FAU-Hauptknotenpunkte Erlangen und Nürnberg mit Hochgeschwindigkeitsdatennetztechnik für die stark gestiegenen Anforderungen im Kontext der derzeit laufenden Digitalisierung erreicht werden. Darüber hinaus sollen weitere wissenschaftliche Einrichtungen in der Metropolregion Nürnberg, vornehmlich die sich im Aufbau befindende TUN, erschlossen und eingebunden werden. Nicht zuletzt ist der Ausbau der Kapazitäten des Datennetzes in der Fläche eine notwendige Maßnahme im Rahmen der laufenden Bewerbung zur Aufnahme der FAU in die gemeinsame Förderung eines koordinierten Verbundes des Nationalen Hochleistungsrechnens.

Der Großraum Nürnberg wird auf diese Weise mit hochperformanter und nachhaltiger Datennetzversorgung für die FAU und anderer wissenschaftlicher Einrichtungen erschlossen und gleichzeitig das RRZE weiter in Richtung eines regionalen Spitzendienstleisters für Forschung und Lehre mit eigenem Hochleistungs-Netzverbund innerhalb der Metropolregion Nürnberg weiterentwickelt – ganz so, wie es der Bericht aus der Kabinettssitzung der bayerischen Staatsregierung vom 17. Dezember 2019 vorsieht.

Technische Herausforderungen

Für den Betrieb („Beleuchtung“) der gut 30 Kilometer langen Strecke ergeben sich für das RRZE im Vorfeld verschiedene Herausforderungen: So sind derzeit nur optische Datenübertragungskomponenten (Transceiver) für 100-Gigabit-Ethernet über Glasfaser bis maximal 20 Kilometer spezifiziert (100GBASE-ER-4), lediglich unter Anwendung bestimmter Vorwärtsfehlerkorrekturverfahren (FEC) auch für Distanzen bis maximal 40 Kilometer. Dies jedoch auch nur dann, wenn speziell dafür ausgewiesene Netzkomponenten der höchsten Leistungsklasse eingesetzt werden würden. Für längere Distanzen oder – wie im vorliegenden Fall – zusammengeschaltete Streckenabschnitte jeweils unterschiedlicher Betreiber (wodurch sich eine höhere Gesamtdämpfung errechnet als aus der reinen Länge der optischen Faser) existieren derzeit noch keine einheitlichen Standards auf Basis von Ethernet. Im ungünstigen Fall müsste deshalb für den erfolgreichen Betrieb der Strecke auf dedizierte Wellenlängenmultiplexer mit Unterstützung deutlich längerer Reichweite, sogenannte DWDM-Systeme, oder auf speziell abgestimmte Ethernet-Transceiver mit kohärenter Lasertechnik zurückgegriffen werden. Sie existieren für die gängigen Hersteller (wenn überhaupt) derzeit nur als frühe Implementationen. Aktuell werden am RRZE entsprechende Testsetups vorbereitet, mit denen unmittelbar nach Freigabe der Strecke durch den Trassenbetreiber ein geeigneter Betriebsmodus gefunden werden soll. Ein Regelbetrieb der 100-Gigabit-Verbindung zwischen Erlangen und Nürnberg ist im Laufe des Jahres 2021 geplant.

Weiterentwicklung des Datennetzes zu einem „Wissenschaftsnetz Nordbayern“

Langfristiges Ziel des Ausbaus der Faserplattform ist die Etablierung eines „Wissenschaftsnetzes Nordbayern“. Als Vorbild dafür dient das sogenannte „Münchner Wissenschaftsnetz“ (MWN), das vom Leibniz-Rechenzentrum der Akademie der Wissenschaften (LRZ) betrieben und schlichtweg als das Datennetz der wissenschaftlichen Einrichtungen im südbayerischen Raum gesehen wird. Analog zum MWN soll das Datennetz der FAU in Zukunft auch zahlreichen anderen wissenschaftlichen Einrichtungen in der Metropolregion zu schnellem Datennetzzugang verhelfen. Insbesondere wird mit der im Aufbau befindlichen Technischen Universität Nürnberg (TUN) mit der FAU ein enger Austausch wissenschaftlicher Daten speziell auf technisch-naturwissenschaftlichem Gebiet zu erwarten sein.

Mit diesen Investitionen wird zum einen das RRZE seine Spitzenstellung als leistungsfähiger und zukunftsorientierter Partner der Wissenschaft in den Bereichen High Performance Computing sowie Highspeed Internetworking in Nordbayern weiter ausbauen, zum anderen stärkt die FAU ihre laufende Bewerbung zur Einrichtung eines NHR-Zentrums in Erlangen. Darüber hinaus legt sie einen Grundstein für die geplante Weiterentwicklung des RRZE zum IT-Kompetenz- und Innovationszentrum für den Wissenschaftsraum Nordbayern.

Weitere Informationen

Bericht aus der Kabinettssitzung der bayerischen Staatsregierung vom 17. Dezember 2019
www.bayern.de/bericht-aus-der-kabinettssitzung-vom-17-dezember-2019/

Nationales Hochleistungsrechnen
www.nhr-gs.de/

Münchner Wissenschaftsnetz
www.lrz.de/services/netz/

Kontakt

Dipl.-Inf. Helmut Wünsch, Leiter Abt. Kommunikationssysteme
helmut.wuensch@fau.de

Prof. Dr. Gerhard Wellein, Professur für Höchstleistungsrechnen
gerhard.wellein@fau.de