Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemnitzer Software für den schnellsten Rechner Europas

29.06.2010
Informatiker und Mathematiker der TU Chemnitz beschäftigen sich in einem BMBF-geförderten Projekt mit langreichweitigen Wechselwirkungen

Er umfasst knapp 300.000 Rechenkerne und kann eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde ausführen, was der Rechenleistung von mehr als 25.000 handelsüblichen PCs entspricht. Damit passt der Petaflop-Rechner JUGENE nicht nur unter keinen Schreibtisch, sondern ist derzeit auch der schnellste Rechner Europas sowie der fünftschnellste der Welt und einer der drei Supercomputer des Forschungszentrums Jülich, die Wissenschaftlern für komplexe und sehr rechenintensive Anwendungen zur Verfügung stehen.

Mit den Jülicher Supercomputern arbeiten derzeit auch Mathematiker und Informatiker der Technischen Universität Chemnitz. Prof. Dr. Daniel Potts und Michael Pippig von der Professur Angewandte Funktionalanalysis sowie Prof. Dr. Gudula Rünger und Michael Hofmann von der Professur Praktische Informatik der TU Chemnitz wirken gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universitäten Bonn, Stuttgart und Wuppertal sowie mit dem Forschungszentrum Jülich, dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz und dem Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen in Sankt Augustin am Verbundprojekt ScaFaCoS mit. ScaFaCoS steht für „Skalierbare schnelle Löser für langreichweitige Wechselwirkungen“ (englisch: „Scalable Fast Coulomb Solver“) und wird im Rahmen des Förderprogramms „IKT 2020 - Forschung für Innovationen“ für den Zeitraum vom 1. Januar 2009 bis zum 31. Dezember 2011 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, eine parallele Softwarebibliothek mit effizienten Lösern für langreichweitige Wechselwirkungen zu realisieren, die flexibel in verschiedenen Simulationsanwendungen eingesetzt werden kann. Was man unter langreichweitigen Wechselwirkungen versteht, erklärt Michael Pippig an einem Beispiel: „Ich stelle mir das immer so vor: Man hat eine Box gefüllt mit Bällen, von denen sich einige abstoßen oder gegenseitig anziehen. Das Problem bei langreichweitigen Wechselwirkungen ist, dass selbst der Ball ganz unten in der Ecke von dem ganz oben noch etwas spürt. Wenn man also diese Box zerlegt und auf verschiedene Prozessoren aufteilt, ergibt sich eine große Abhängigkeit zwischen den Teilboxen.“

Computersimulationen derartig komplexer Vielteilchensysteme spielen in vielen Bereichen der Wissenschaft und der industriellen Forschung eine wichtige Rolle. In der Astrophysik können diese Systeme zum Beispiel aus Sternen bestehen, in der physikalischen Chemie oder der Biophysik werden dagegen Atome oder Moleküle betrachtet. „Unter langreichweitigen Wechselwirkungen versteht man Paarwechselwirkungen, die auch zwischen weit voneinander entfernt liegenden Teilchen noch signifikante physikalische Beiträge liefern. In der Astrophysik ist dies die Gravitation, in der Molekulardynamik die elektrostatische Wechselwirkung“, erläutert Michael Hofmann. Um komplexe physikalische Phänomene simulieren zu können, müssen sehr große Teilchensysteme betrachtet werden. Hierfür benötigt man hocheffiziente Verfahren, die die Leistungsfähigkeit moderner Supercomputer effektiv ausnutzen.

Die Fakultät für Informatik der TU Chemnitz befasst sich innerhalb des Projektes mit der Entwicklung paralleler Sortierverfahren für Anwendungen des wissenschaftlichen Rechnens. Parallele Sortierverfahren werden hierbei unter anderem zur Datenumverteilung und Lastbalancierung eingesetzt und sind daher insbesondere in hochparallelen Anwendungen von besonderer Bedeutung. „Die Mathematik entwirft effiziente Algorithmen. Das heißt, dass bereits der Algorithmus vergleichsweise wenige Rechenoperationen benötigt und nicht, dass wir einen Parallelrechner verwenden um eine Vielzahl eigentlich unnötiger Rechenoperationen überhaupt abarbeiten zu können“, erklärt Michael Pippig und fügt hinzu: „Wir untersuchen, wie sich die von uns entwickelten Verfahren in viele Teilschritte zerlegen lassen, um eine Rechenzeiteinsparung in der Größenordnung der verwendeten Rechenkerne zu erhalten. Die parallelen Implementationen dieser grundlegenden Algorithmen, beispielsweise der schnellen Fourier-Transformation, stellen wir allen Nutzern des parallelen Rechnens in Form einer Bibliothek zur Verfügung.“

Damit die Software nicht an den Praktikern vorbei entwickelt wird, stellen Industriepartner (BASF AG, Cognis GmbH und IBM Deutschland GmbH) ihre Probleme zur Verfügung, die im Rahmen des Projektes von den Wissenschaftlern gerechnet werden. „IBM hat zum Beispiel auch den Rechner in Jülich gebaut und steht uns als Berater für dessen optimale Nutzung zur Seite“, erzählt Pippig. Da der Zugang zu den Jülicher Parallelrechnern limitiert ist, wird zudem der Hochleistungs-Linux-Cluster CHiC der TU Chemnitz für das Projekt ScaFaCoS genutzt. „Darauf werden auch teilweise Algorithmen entwickelt und getestet, bevor man sie auf den hochskalierenden Rechnern in Jülich einsetzt“, so Prof. Potts.

Die offizielle ScaFaCoS-Projektseite: http://www.fz-juelich.de/jsc/scafacos

Weitere Informationen erteilen Prof. Dr. Gudula Rünger, Telefon 0371 531-31794, E-Mail ruenger@informatik.tu-chemnitz.de, und Prof. Dr. Daniel Potts, Telefon 0371 531-22260, E-Mail potts@mathematik.tu-chemnitz.de.

Katharina Thehos | Technische Universität Chemnitz
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/jsc/scafacos
http://www.tu-chemnitz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0
07.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Wenn das Handy heimlich zuhört: Abwehr ungewollten Audiotrackings durch akustische Cookies
07.12.2016 | Fachhochschule St. Pölten

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0

07.12.2016 | Informationstechnologie