BMBF will Grid-Technologien außerhalb der Großforschung etablieren

Das Beispiel CERN macht Schule: In den Experimenten der Teilchenphysiker an der Genfer Großforschungseinrichtung fallen jährlich mehrere Petabytes an Daten an, die zunehmend mit Hilfe des Grid-Computing an mehr als hundert Instituten weltweit analysiert und ausgewertet werden. Vergleichbare Plattformen für die netzbasierte kooperative Forschung sollen künftig auch am Schreibtisch von Wissenschaftlern anderer Disziplinen zur Verfügung stehen.

Das Internet hat durch E-Mail und elektronische Publikationen den wissenschaftlichen Austausch bereits dramatisch beschleunigt - kaum jemand mag sich an die Zeit der Schneckenpost und papiernen Preprints erinnern, die noch vor 15 Jahren die Kommunikation der Forscher dominierten. Doch jetzt steht ein weiterer Vernetzungsschub bevor. Unter Schlagworten wie „Service-oriented Science“, „Cyberinfrastructure“ oder „e-Science“ machen sich Forschungspolitiker in den führenden Wissenschaftsnationen daran, das Geschäftsmodell der Web-Services auf die Wissenschaft zu übertragen. Dahinter steht die Vorstellung, Wissenschaftler von Routineaufgaben zu entlasten, die heute noch ihren Alltag prägen. Sie sollen keine Datenbanken, Statistikprogramme oder Visualisierungstools mehr pflegen müssen, sondern sich ganz auf ihre ureigene Aufgabe, neues Wissen zu schaffen, konzentrieren können.

Utility Computing

Das Ziel sei, beschrieb Christine Thomas vom Bundesforschungsministerium (BMBF) auf dem Forum „Wissensvernetzung“ in der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften die Vision, eine digitale Infrastruktur, bei der Rechenleistung, Dienste und Inhalte „quasi wie Strom aus der Steckdose kommen, ohne dass sich die Wissenschaftler an ihrem Arbeitsplatz um die technischen Details kümmern müssen“. Die Forscher sollen, so die Leiterin des Referats „Digitale Bibliothek“ im BMBF, „e-Science-Dienste künftig so selbstverständlich nutzen können, wie sie heute mit Laborgeräten, Nachschlagewerken oder Informationsdiensten umgehen“.

„e-Science“, definiert die Geschäftsführerin des Fachinformationszentrums Karlsruhe, Sabine Brünger-Weilandt, „ist eine Service-Infrastruktur für netzbasierte Formen wissenschaftlichen Arbeitens“. Das Karlsruher FIZ kooperiert bereits mit der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) an der Entwicklung einer solchen Plattform. In dem gemeinsamen Projekt „eSciDoc“ sollen ein integriertes Publikationsmanagement, eine Web-basierte interaktive Arbeitsumgebung („Scholarly Workbench“), eine virtuelle Zeitschriftenbibliothek („eLib“) und als vierter Baustein ein „eLab Journal“ entstehen, das Versuchsergebnisse elektronisch verwaltet und deren Sekundärnutzung sowie gegebenenfalls die spätere Nachprüfbarkeit der Experimente erleichtert [1|#literatur]. „Damit kann dann auch das Hintergrundmaterial zu einer Veröffentlichung zugänglich gemacht werden“, erklärt MPG-Vizepräsident und Direktor des Max-Planck-Instituts für Informatik in Saarbrücken, Kurt Mehlhorn. Das Projekt sei für die Vereinheitlichung und Effektivierung der IuK-Dienste in der MPG mit ihren 78 Instituten an 30 Standorten „von strategischer Bedeutung“.

Das gilt auch für das BMBF, das sich von dem mit 6,1 Millionen Euro für fünf Jahre geförderten Vorhaben übertragbare Ergebnisse erhofft, von denen dann auch Hochschulen und andere Forschungseinrichtungen profitieren können. eSciDoc war eines der ersten Projekte, die das Ministerium im vergangenen Jahr unter dem Dach der „e-Science“-Initiative [2|#literatur] startete. Der insgesamt mit 100 Millionen Euro dotierte und auf fünf Jahre angelegte neue Förderschwerpunkt ruht auf zwei Säulen. Im Mittelpunkt der ersten, dem D-Grid [3|#literatur], steht die Entwicklung von Middleware für das Grid-Computing, der kooperativen Nutzung von Computer-Ressourcen wie Prozessorleistung, Speicherplatz, Daten und Programme über verteilte Systeme in Hochgeschwindigkeits-Wide-Area-Networks; die Middleware soll die Heterogenität der verteilten Datenverarbeitung vor dem Anwender verbergen. In diesem Bereich sind neben dem vom Deutschen Forschungsnetz betriebenen 10-GBit/s-Testbed für optische Netztechnologien VIOLA („Vertically Integrated Optical Testbed for Large Applications“) bisher fünf Forschungsvorhaben bewilligt worden.

Fit für das Grid

Die zweite Säule steht unter dem Titel „Vernetztes Wissensmanagement“. Hier geht es um den Übergang von digitalen Bibliotheken und elektronischen Publikationen zu virtuellen Informations- und Arbeitsumgebungen: Nicht nur in der Großforschung sollen sich Wissenschaftler interdisziplinär auf der Plattform von Grid-Technologien zu virtuellen Organisationen formieren können. Gefördert werden deshalb die Entwicklung leistungsfähiger Instrumente und Dienste für das kooperative Arbeiten, medienintegrierende Verfahren des Information-Mining zur Extraktion vorhandener Daten, kontextorientierte Verfahren für den Zugriff auf verteilte heterogene Datenbestände sowie neue Formen der wissenschaftlichen Publikation, die neben den Ergebnissen auch Prozesse und Ressourcen dokumentieren. Man sei aber, betont Referatsleiterin Thomas, „offen für weitere inhaltliche Aspekte“.

In dem Bereich „Vernetztes Wissensmanagement“ hat das BMBF aus rund 25 begutachteten Projektvorschlägen bisher vier Fördervorhaben bewilligt. So geht es bei „Ontoverse“ um den kooperativen Aufbau eines formalen Kategorien-Schemas (Ontologie) in den Biowissenschaften über ein semantisches Wiki. Im Projekt „WisEnt“ widmen sich drei Partner der verteilten Datenverarbeitung in der so genannten Energiemeteorologie, der Informationsgewinnung zur Charakterisierung der fluktuierenden Energieerzeugung aus Solar- und Windenergie. Das Ziel von „Wikinger“ (Wiki Next Generation Enhanced Repository) ist die Weiterentwicklung der Wiki-Plattform zur wissenschaftlichen Kommunikation und Kollaboration mit einer Pilotanwendung für die zeitgeschichtliche Erforschung des deutschen Katholizismus. Das Projekt „TextGrid“ schließlich will mit der Entwicklung von Werkzeugen für das verteilte Arbeiten an wissenschaftlichen Editionen die geisteswissenschaftliche Forschung fit für das Grid machen. Aus den eingereichten Vorschlägen der ersten Ausschreibungsrunde sind zu Beginn des kommenden Jahres noch weitere Bewilligungen geplant. Danach steht eine inhaltliche Evaluierung des „e-Science“-Konzeptes an, auf deren Grundlage dann eine weitere Förderphase anlaufen kann, mit der jedoch kaum vor Ende 2006 zu rechnen ist.

Die Welle rollt

Vergleichbare „e-Science“-Programme gibt es in den USA [4|#literatur] - dort ist von „Cyberinfrastructure“ die Rede - und in Großbritannien [5|#literatur]. Schrittmacher waren die Engländer: Initiiert von dem früheren Hewlett-Packard-Manager John Taylor, der den einflussreichen Posten eines Generaldirektors der Forschungsbeiräte beim Office of Science and Technology (OST) übernommen hatte und den Begriff „e-Science“ prägte, brachte die britische Regierung unter diesem Titel schon 2001 ein auf fünf Jahre angelegtes, 250 Millionen Pfund schweres Programm auf den Weg, das etwa hundert Einzelprojekte umfasst. Auch Brüssel stellt im laufenden sechsten Forschungsrahmenprogramm rund 350 Millionen Euro für die Förderung von mehr als 40 Grid- und e-Science-Projekten bereit. In den USA gibt es kein nationales e-Science-Programm; dort hat sich die National Science Foundation - das US-Gegenstück der Deutschen Forschungsgemeinschaft - lange auf den Ausbau der Netzinfrastruktur wie beispielsweise des Extended TeraGrid für die Supercomputer-Zentren konzentriert. Im vergangenen Jahr richtete sie jedoch eine eigene Abteilung „Shared Cyberinfrastructure“ ein, die nun die Entwicklung standardisierter Web-Services und Kooperationstools für die Wissenschaft vorantreibt.

Vor diesem Hintergrund unterstrich BMBF-Vertreterin Thomas die Notwendigkeit der internationalen Vernetzung und der Einbindung der Projekte in die Standardisierungsaktivitäten. Ein strategisches Ziel des Ministeriums sei vor allem die Einbeziehung der Fach-Communities und Forschungseinrichtungen beim Aufbau der nationalen „e-Science“-Infrastruktur. Es mache keinen Sinn, wenn sich nur die IT-Abteilungen auf die Ausschreibungen stürzen - „das muss sich in den einzelnen Forschungsfeldern etablieren“. Die zu entwickelnden Tools und Services müssen die verschiedenen Fachwissenschaften an die neuen Formen des vernetzten Arbeitens heranführen, ohne großen Aufwand in Gridstrukturen einzubetten sein und über bloße Demonstrationsprojekte hinaus „auf jeden Fall ein nachvollziehbares Konzept der Nachnutzung haben“.

Dauerhafte Lösungen gefragt

Noch hätten allerdings „über 90 Prozent der Wissenschaftler überhaupt keine Ahnung von dem, was sich hier abspielt“, schätzt der Chemiker Robert Schlögl vom Fritz-Haber-Institut der MPG. Er sieht den wesentlichen Mehrwert von „e-Science“ darin, „Wissensbestände für andere Aufgaben nutzbar zu machen“. Genau an diesem Punkt, fürchtet er jedoch, werden die neuen Tools und die elektronisch vermittelten Kooperationen bei vielen Kollegen auf äußerste Skepsis stoßen, weil sie das Teilen von Datenbeständen „als Eindringen in ihre wissenschaftliche Privatsphäre empfinden“. Folgenutzungen der Roh- und Primärdaten anderer seien „ein extrem sensitives Feld - da bohrt man sozusagen in den Lebensentwürfen der Wissenschaftler herum“.

Diese Art von Skepsis mag sich bei zunehmender Vertrautheit mit dem Arbeiten in virtuellen Organisationsformen legen; weitaus schwieriger wird es werden, das Vertrauen zu schaffen, dass die neuen Tools nicht im Status von Forschungsprojekten stecken bleiben. „Wir brauchen dauerhafte Lösungen und eine stabile Infrastruktur“, weist Schlögl auf das kritische Problem der Umsetzung hin. Christine Thomas konzediert, dass zwischen den Forschungsprojekten und den Szenarien der „e-Science“-Vision noch eine Lücke klafft. „Wir haben viele Entwicklungsansätze, aber das Ganze gibt noch kein einheitliches Bild und kein planbares Konzept“, erklärte sie auf dem Berliner Forum. Und so sind denn derzeit noch viele Fragen offen: Wer die Infrastruktur betreibt, wer sie bezahlt und nicht zuletzt, wer für die Langzeit-Bewahrung der Daten und Ergebnisse sorgt, wenn sich der Stand des Wissens nur noch ausschließlich elektronisch und nicht mehr auf Papier dokumentieren lässt. (anm)

Literatur

[1] eSciDoc-Projekt

[2] E-Science-Initiative

[3] D-Grid-Projekt

[4] E-Science in den USA

[5] E-Science in Großbritannien