HGG-Informatik-Kurs beim Tag der Informatik der Universität Stuttgart


Mitte Februar waren die Schüler des HGG-Informatik-Kurses der Jahrgangsstufe 11 beim Tag der Informatik an der Universität Stuttgart auf dem Campus in Stuttgart-Vaihingen. In einem Einführungsvortrag berichtete ein promovierter Informatiker und Mitarbeiter des SWR über das Studium, das Berufsleben und insbesondere über die Arbeit als Informatiker beim SWR.

Rund zehn Prozent der etwa dreitausend festangestellten Mitarbeiter des SWR sind Informatiker (mit Hochschul- oder Fachhochschulabschluss oder mit einer beruflichen Ausbildung). Rund ein Drittel von ihnen ist für die Beschaffung, Einrichtung, Wartung und Benutzerunterstützung bei Standardhardware und Standardsoftware (Server, Windows-PCs, Handys, Telefone, Office-Programme etc.) verantwortlich. Der Bereich der Rundfunk-, Fernseh- und Übertragungstechnik ist jedoch so spezialisiert, dass hier nur wenig Standardausrüstung verwendet werden kann und umfangreiche eigene Anpassungen, auch in Zusammenarbeit mit externen Dienstleistern, erforderlich sind.

Immer weiter ausgebaut werden die Angebote im Web, also die Homepage, Auftritte in sozialen Medien, Streamingdienste, die Mediathek oder Handy-Apps, was den Bedarf an Informatikern ständig erhöht.

Ein besondereres Problem sind die riesigen Mengen an zu speichernden Daten, die im laufenden Sendebetrieb anfallen, aber auch durch die schrittweise vollständige Digitalisierung aller Schall- und Filmarchive entstehen. Diese Digitalisierung von über siebzig Jahren Programmgeschichte erfolgt weitgehend vollautomatisch, und die entstehenden Dateien werden, sofern keine Rechte Dritter mehr vorhanden sind, in die frei zugängliche Mediathek eingestellt.

Aktuell wird auch an einem KI-basierten Programm gearbeitet, das sämtliche Musiktitel des Schallarchivs untersucht und zu Gruppen bündelt, die eine ähnliche Stimmung beim Zuhörer erzeugen. Auf diese Weise soll später die Auswahl von geeigneter Hintergrund-Musik für redaktionelle Beiträge im Fernsehen vereinfacht oder gar automatisiert werden.

Für das Studium und den Beruf des Informatikers gab es abschließend noch einige dringende Empfehlungen und Hinweise: ohne Mathematik geht gar nichts, man sollte Informatik nur studieren, wenn man Freude daran hat, nicht nur wegen der guten Berufsaussichten, man muss als Informatiker extrem kreativ und kommunikativ sein (entgegen der landläufigen Vorstellung), am Ende seines Berufslebens wird man einen völlig anderen Beruf haben als am Anfang und an diesem permanenten Wechsel muss man ebenfalls Freude haben.

Im zweiten Teil der Veranstaltung konnten die Schüler dann unter verschiedenen Workshops zu Themen wie Hardware, Handy-Programmierung oder Visualisierung wählen.

Ein Workshop zeigte, wie man extrem rechenintensive Probleme der Strömungsmechanik mit Hilfe von Hochleistungs-Grafikkarten effizient berechnen kann. Während die heutigen Hauptprozessoren typischerweise vier oder acht Allround-Kerne besitzen, enthält eine Grafikkarte mehrere tausend spezialisierte Rechenkerne, die eine umfangreiche Berechnung parallelisiert und damit wesentlich schneller bearbeiten können. Dazu muss die Rechenaufgabe (in diesem Fall das Lösen eines riesigen Gleichungssystems) in viele kleine identische Teilschritte zerlegt werden, die der Hauptprozessor dann auf der Grafikkarte parallel berechnen lässt.

Im Workshop konnte man eine zweidimensionale Strömungslandschaft mit Zu- und Abfluss sowie Hindernissen wie dem Querschnitt einer Flugzeugtragfläche interaktiv gestalten und dann berechnen lassen, wie sich die Strömung schrittweise entwickelt. Selbst diese noch sehr einfache Aufgabe benötigte auf einem leistungsfähigen Rechner mehrere Minuten; mit einer modifizierten Programmversion, die die Grafikkarte für die Berechnung mitbenutzte, ergab sich eine überzeugende Beschleunigung der Rechenleistung auf das Zehn- bis Hundertfache.

In einem anderen Workshop konnte man die sogenannte Powerwall der Universität besichtigen, eine etwa zehn auf zweieinhalb Meter große Projektionsfläche, auf die von hinten mit zehn 4K-Projektoren ein 3D-Bild projiziert wird, das der davorsitzende Zuschauer mit einer 3D-Brille betrachtet. Dies ist die größte derartige Projektionswand in ganz Europa mit der höchsten Auflösung und der besten Rechenleistung.

Es wird dabei kein vorproduzierter Film abgespielt, sondern alle Simulationen werden in Echtzeit berechnet und können auch in Echtzeit verändert werden. Dafür besitzt jeder Projektor einen eigenen Rechner, der ihn ansteuert, und die Berechnung selbst wird von insgesamt 64 Rechnern in einem Rechnerverbund durchgeführt.

Die Projektoren und Rechner benötigen zusammen rund 150 KW an Leistung, so dass die Abwärme durch eine spezielle raumgroße Klimaanlage abgeführt werden muss.

Das größte Problem ist die exakte Justierung der zehn Projektoren im Überlappungsbereich. Auch wenn eine Projektorlampe rund 25.000 Euro kostet, hat sie trotzdem Randunschärfen und Kissenverzerrungen. Deshalb wurden spezielle vorgeschaltete Linsen in Plattenform entwickelt, die mit zahlreichen Abstandsschrauben justiert werden können.

Besonders eindrucksvoll war das 3D-Modell eines Virus, bestehend aus rund 200.000 einzelnen Atomen, der gedreht und herangezoomt werden konnte, und der virtuelle Laserbeschuss eines Aluminiumblocks, aus dem die einzelnen Aluminiumatome herausspritzten.

Diese Fragestellungen der Parallelisierung und Visualisierung werden wir im Informatik-Kurs der Jahrgangsstufe 12 noch ausführlich behandeln, so dass auch der zweite Teil des Nachmittages sehr gewinnbringend war und interessante Einblicke ermöglichte.