Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fraunhofer-Software zur Simulation von Molekulardynamik läuft effizient auf dem Supercomputer JUGENE

19.03.2012
Tremolo-X, ein Softwarepaket zur numerischen Simulation von Molekulardynamik, kann jetzt auch auf dem Supercomputer JUGENE am Forschungszentrum Jülich eingesetzt werden. Die Software wird vom Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI in Zusammenarbeit mit dem Institut für Numerische Simulation (INS) der Universität Bonn entwickelt.

Tremolo-X simuliert die Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen, und veranschaulicht die Eigenschaften von Werkstoffen auf der Nanoskala – eine Voraussetzung für den Entwurf neuer Materialien, insbesondere von Nanokompositen. Das sind Materialien bei denen Nanopartikel (typische Größenordnung: 1 bis 100 Nanometer) als Füllstoff in eine Matrix (etwa eine Polymermatrix) eingebunden sind.

Die Simulationsrechnungen benötigen jedoch enorme Rechenleistungen. JUGENE schafft zwar eine Billiarde (10 hoch 15) Rechenoperationen pro Sekunde (1 Petaflop pro Sekunde), doch um das Potenzial des Parallelrechners effizient auszuschöpfen, musste Tremolo-X angepasst werden. Auf Rechnerarchitekturen mit einer großen Zahl von Prozessoren ist eine optimale Lastbalancierung und minimale Kommunikation sehr wichtig. Denn sie entscheidet darüber, ob die numerische Simulation effizient durchgeführt werden kann. Kleine Imbalancen führen zu großen Effizienzverlusten.

»Wir organisieren die Verteilung der berechneten Nanopartikel dynamisch und erreichen so in jedem Rechenschritt in Tremolo-X eine hervorragende Lastbalance und minimalen Kommunikationsaufwand zwischen den Prozessoren«, erklärt Dr. Jan Hamaekers, Leiter der Abteilung »Virtual Material Design« am SCAI.

Bisherige Simulationen betrachteten meistens nur ein System aus genau einem Nanopartikel, beispielsweise einer Kohlenstoff-Nanoröhre in einer Matrix. Mit den jetzt erreichbaren Größenordnungen können mehr als 10 hoch 10 Partikel berechnet werden. Dies entspricht – je nach betrachtetem Material – einem Würfel von bis zu 1 Mikrometer Kantenlänge. Für die Zeitdiskretisierung wird hierbei eine Zeitschrittweite von einer Femtosekunde (10 hoch -15 Sekunden) verwendet.

Die extrem leistungsfähige Hardware und die darauf optimierte Software bringen wesentliche Vorteile: Nun lassen sich in einer Matrix verteilte Nanopartikel effizient simulieren. Dabei wird jetzt zudem die Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln atomistisch mit einbezogen. Dies ist für die Eigenschaften der Nanokomposite von großer Bedeutung.

Weiterführende numerische Simulationen auf der Nano- und Mikroskala dienen hier dazu, charakteristische Materialkenngrößen zu berechnen, die dann zur Modellierung eines Nanomaterials auf der makroskopischen Skala verwendet werden können. Viele wichtige makroskopische Eigenschaften eines Materials beruhen nämlich auch auf Effekten der Nanoskala.

Typische Beispiele für Nanokomposite sind außer Kohlenstoff-Nanoröhren auch Graphen-basierte Polymer- oder Keramik-Komposite. Ein Anwendungsziel sind Nanoverbundwerkstoffe mit besseren mechanischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften, bei denen sich die Eigenschaften der Nanopartikel auf den gewünschten Verbundwerkstoff übertragen. Dies spielt eine große Rolle in der Energie- und Umwelttechnik (Batterien, Brennstoffzellen, Wasserstoffspeicher), Elektronik (Kühlung, Transistoren, Feldemitter-Bildschirme) und der Leichtbauweise (Verbundwerkstoffe, Beton).

Die Schwerpunkte der Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Abteilung »Virtual Material Design« des Fraunhofer SCAI liegen auf:
• Multiskalen-Modellierung und Numerischer Simulation in der Materialwissenschaft und Nanotechnologie
• Hochleistungsrechnen in Quantenmechanik, Moleküldynamik und Kontinuumsmechanik

Ansprechpartner:
Dr. Jan Hamaekers
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
Abteilungsleiter Virtual Material Design
Schloss Birlinghoven
53754 Sankt Augustin

Telefon +49 2241 14-2463, Telefax +49 2241 144-2463
tremolo-x@scai.fraunhofer.de

Michael Krapp | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.tremolo-x.com/
http://www.fz-juelich.de/portal/DE/Forschung/Informationstechnologie/Supercomputer/JUGENE.html
http://www.scai.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde
26.04.2018 | Universität Paderborn

nachricht Der Mensch im Zentrum: wandlungsfähige Produktion in der Industrie 4.0
26.04.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nano-Drähte auf Stents sollen Kindern mit Herzfehler unnötige Eingriffe ersparen

27.04.2018 | Medizintechnik

Herz-Medikament kurbelt Reparatur von Neuronen an

27.04.2018 | Medizin Gesundheit

Warum Getreide besser ist

27.04.2018 | Agrar- Forstwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics