Forschungsprojekte, Wissenschaftliche Tagungen

Von Agentischer KI bis Quantencomputing: Fraunhofer ITWM zeigt neue HPC-Forschung
Vom 15. bis 20. November 2026 trifft sich die internationale HPC-Community auf der SC26 in Chicago. Die Ausstellung öffnet vom 17. bis 19. November im McCormick Place. Das Fraunhofer ITWM bringt seine Expertise in mathematischer Modellierung, Simulation und Optimierung ein und entwickelt daraus Lösungen für anspruchsvolle Anwendungen in Industrie und Wissenschaft.

Im Mittelpunkt des Messeauftritts stehen drei zentrale Herausforderungen des High Performance Computing: der effiziente Umgang mit Energie und Daten, die intelligente Automatisierung komplexer Rechenprozesse und die Integration neuer Rechnerarchitekturen. Das Fraunhofer ITWM betrachtet dafür nicht nur einzelne Komponenten, sondern das gesamte HPC-System.

»High Performance Computing wird zukünftig nicht allein durch schnellere Prozessoren bestimmt. Entscheidend sind intelligente Software, effiziente Datennutzung, ein bewusster Umgang mit Energie und die Fähigkeit, neue Technologien wie Quantencomputing nahtlos einzubinden. Genau an diesem Zusammenspiel arbeiten wir am Fraunhofer ITWM«, so Dr. Jens Krüger, Bereichsleiter »Analytics und Computing«.

Das gesamte HPC-System im Blick
Moderne HPC-Systeme verbinden unterschiedliche Prozessoren, Speichertechnologien und Rechnerarchitekturen. Damit Anwendungen solche heterogenen Infrastrukturen effizient nutzen können, müssen zahlreiche Komponenten aufeinander abgestimmt sein. Das Fraunhofer ITWM entwickelt Lösungen entlang des gesamten Computing-Stacks: von Algorithmen und Anwendungsmodellierung über Prozessoren, Speicher und schnelle Datenverbindungen bis zum Betrieb von Rechenzentren.

Dabei zählt nicht allein eine möglichst hohe Rechenleistung. Ebenso wichtig sind schnelle Datenzugriffe, skalierbare Anwendungen und eine resiliente Ausführung. Das Institut entwickelt dafür maßgeschneiderte Lösungen und unterstützt Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen mit herstellerunabhängigem Benchmarking und Beratung beim Aufbau und Betrieb von HPC-Systemen.

Agentische KI automatisiert Simulationsworkflows
Ein Schwerpunkt des Messeauftritts liegt auf agentischer KI. KI-Agenten können einzelne Schritte komplexer Simulations- und Analyseprozesse selbstständig unterstützen, koordinieren und miteinander verbinden. Die Ansätze des Fraunhofer ITWM reichen von der Konfiguration und Ausführung einer Simulation bis zur Analyse und Aufbereitung der Ergebnisse. So verkürzt sich der Weg vom rechnergestützten Experiment zur nutzbaren Erkenntnis.

Eine wichtige Rolle spielen dabei lokal betreibbare Lösungen. Unternehmen und Forschungseinrichtungen können agentische KI direkt in der eigenen IT- und HPC-Infrastruktur einsetzen, ohne sensible Daten an externe Cloud-Dienste übertragen zu müssen. Auf diese Weise entstehen transparente und datensouveräne KI-Workflows für industrielle oder wissenschaftliche Anwendungen.

Effizientes Speichermanagement für datenintensive Anwendungen
Mit steigender Rechenleistung wachsen auch die Anforderungen an Speichertechnologien. Speicherressourcen werden teurer und entwickeln sich zunehmend zum Kosten- und Leistungsfaktor moderner HPC-Systeme. Bei datenintensiven Anwendungen hängt die Performance daher nicht nur von den Prozessoren ab, sondern auch davon, wie schnell und effizient die Systeme Daten speichern, bereitstellen und verarbeiten.

Mit dem Memory Centric Storage kurz MCS, entwickelt das Fraunhofer ITWM eine europäische Open-Source-Toolbox für skalierbares und anwendungsspezifisches Speichermanagement. Anwendungen greifen über eine einheitliche Schnittstelle auf unterschiedliche Speichertechnologien zu. Zero-Copy-Datentransport vermeidet unnötige Kopiervorgänge, während Task-Offloading Rechenaufgaben näher an den Ort verlagert, an dem die Daten entstehen. Das reduziert Datenbewegungen, macht die Nutzung von Ressourcen transparenter und verbessert die Leistung datenintensiver Anwendungen.

»FlexLab«: Rechenzentren werden Teil des Energiesystems
Auch der Energiebedarf von Rechenzentren rückt stärker in den Fokus. Im Projekt »FlexLab« entwickelt das Fraunhofer ITWM neue Konzepte für energieeffiziente und flexible Rechenzentren. Die Forschenden untersuchen, wie sich Rechenleistung intelligent an das verfügbare Energieangebot anpassen lässt.

Rechenaufgaben und technische Infrastruktur sollen künftig dynamischer auf die Bedingungen des Energiesystems reagieren können. Rechenzentren würden dadurch nicht mehr nur Energie verbrauchen, sondern könnten auch zur Integration erneuerbarer Energien und zur Stabilisierung der Stromnetze beitragen. Das Projekt verbindet damit Energieeffizienz und Energieflexibilität mit dem Ziel, die digitale Souveränität Europas zu stärken.

Brücke zwischen High Performance Computing und Quantencomputing
Ein Thema der Messe ist zudem die Integration von Quantenprozessoren in klassische HPC-Infrastrukturen. Gemeinsam mit dem Schweizer Deep-Tech-Startup Qambria AG zeigt das Fraunhofer ITWM, wie sich beide Rechnerwelten miteinander verbinden lassen. Qambria entwickelt dafür eine hersteller- und modalitätsneutrale Software- und Kontrollschicht, die Quantenprozessoren, sogenannte Quantum Processing Units oder QPUs, nahtlos in klassische Hochleistungsrechenumgebungen einbindet.

Qambria präsentiert sich erstmals gemeinsam mit dem Fraunhofer ITWM auf der SC26. Im Mittelpunkt stehen unter anderem Lösungen für die Echtzeitsteuerung von Quantenprozessoren und die Fehlerkorrektur. Sie bilden wichtige Voraussetzungen für den zuverlässigen Einsatz künftiger Quantencomputer.

Unter dem Titel »Quantum Hybrid3« zeigt das Fraunhofer ITWM außerdem Ansätze für hybride Quanten-KI. Quantum Hybrid AI verbindet die Rechenkraft von Quantenprozessoren mit der Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit klassischer Supercomputer und Grafikprozessoren. Je nach Aufgabe lassen sich Berechnungen auf der jeweils geeigneten Hardware ausführen. »Quantencomputer werden klassische HPC-Systeme nicht ersetzen, sondern gezielt ergänzen. Deshalb entwickeln wir Technologien, die beide Welten miteinander verbinden und den praktischen Einsatz hybrider Anwendungen ermöglichen«, sagt Dr. Jens Krüger.

Quantenarchitekturen automatisch finden und optimieren
Welche Quantenschaltung eignet sich am besten für eine bestimmte Aufgabe? Das Fraunhofer ITWM beantwortet diese Frage mit der Quantum Architecture Search (QAS). Die Technologie sucht und optimiert automatisch passende Quantenarchitekturen und berücksichtigt dabei sowohl die Genauigkeit der Ergebnisse als auch den erforderlichen Ressourcenaufwand. Schaltungsstrukturen und Eingabekodierungen werden direkt aus Beispieldaten gelernt. Dadurch lassen sich neue Quantenanwendungen effizienter entwickeln und an unterschiedliche Quantenhardware anpassen.

»QUALLE« schafft Transparenz beim Quantum-AI-Benchmarking
Mit »QUALLE« stellt das Fraunhofer ITWM zudem ein neues Produkt für das Benchmarking von Quantum-AI-Verfahren vor. Ziel ist es, die Leistungsfähigkeit von Quantum-Machine-Learning-Anwendungen systematisch, transparent und nachvollziehbar zu untersuchen. So lässt sich bewerten, für welche Aufgaben Quantenverfahren bereits einen Mehrwert bieten und wie sie im Vergleich zu klassischen Lösungen abschneiden.
Die Forschungsarbeiten des Instituts reichen von Quantum Machine Learning und der Optimierung von Quantenschaltkreisen bis zu agentischer Schaltkreisgenerierung und agentischem Benchmarking.

Neues GPI-2 Release verbessert Kommunikation in großen HPC-Systemen
Mit dem neuen GPI-2 Release 1.8.0 präsentiert das Fraunhofer ITWM auf der SC26 eine Weiterentwicklung seines Programmiermodells für effiziente und skalierbare HPC-Anwendungen. GPI-2 ermöglicht es, Kommunikation und Berechnungen weitgehend parallel auszuführen und damit auch große verteilte Simulationen effizient zu bearbeiten. Die neue Version unterstützt zusätzliche Netzwerktechnologien und verbessert den Start großer Rechenjobs mit vielen Prozessen.

Neu ist zudem eine Funktion zur Laufzeitanalyse: Anwendungen lassen sich während der Ausführung untersuchen, ohne dass der Programmcode zuvor neu kompiliert werden muss. Die Ergebnisse können direkt mit gängigen Visualisierungswerkzeugen ausgewertet werden. Das erleichtert es, Leistungsengpässe in großen HPC-Anwendungen zu erkennen und die Programme gezielt zu optimieren.

GaspiLS beschleunigt zeitabhängige Simulationen
Auch die am Fraunhofer ITWM entwickelte Löserbibliothek »GaspiLS« wurde weiterentwickelt. Bei zeitabhängigen Simulationen müssen über viele aufeinanderfolgende Rechenschritte hinweg ähnliche Gleichungssysteme gelöst werden, beispielsweise bei Strömungs- oder Reservoir-Simulationen. GaspiLS nutzt diese Ähnlichkeit gezielt und kann bereits berechnete Strukturen in nachfolgenden Rechenschritten wiederverwenden. Dadurch sinkt der Rechenaufwand, und insbesondere die zeitintensive Vorbereitung der einzelnen Lösungsschritte lässt sich deutlich verkürzen.

Wie groß der Effekt sein kann, zeigt ein Benchmark aus der Reservoir-Simulation mit rund einer Million Zellen: Dort erreichte GaspiLS über die getesteten Prozesszahlen hinweg eine bis zu doppelt so hohe Geschwindigkeit gegenüber den verwendeten Vergleichsverfahren. Für komplexe transiente Simulationen eröffnet dies die Möglichkeit, Rechenressourcen effizienter zu nutzen und Ergebnisse schneller bereitzustellen.

Neben diesen Schwerpunkten gibt das Fraunhofer ITWM auf der SC26 weitere Einblicke in aktuelle Entwicklungen für leistungsfähige und skalierbare HPC-Systeme, darunter den »STX-Prozessor«. Die vorgestellten Technologien zeigen, wie sich Algorithmen, Software, Kommunikation, Speicher und Hardware gezielt aufeinander abstimmen lassen, um heterogene HPC-Systeme effizient zu nutzen.

Gemeinsam mit den Mitausstellern ThinkParQ GmbH und Qambria AG gibt das Fraunhofer ITWM damit am Stand 2026 einen umfassenden Einblick in aktuelle und zukünftige Rechnerarchitekturen. Der Messeauftritt spannt den Bogen von leistungsfähigen Speicher- und Simulationslösungen über lokal einsetzbare KI-Agenten und energieadaptive Rechenzentren bis zur Integration von Quantenprozessoren in klassische Supercomputer.

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Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Jens Krüger
Bereichsleiter »Analytics und Computing« und Teamleiter »Next Generation Computing« in der Abteilung »High Performance Computing«
Telefon +49 631 31600-4541 jens.krueger@itwm.fraunhofer.de

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Weitere Informationen:
https://www.itwm.fraunhofer.de/de/presse-publikationen/presseinformationen/2026/2026_11_02_supercomputing.html