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 Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte
23.10.2017 | Universität Bielefeld

nachricht IT-Sicherheitslücken – Gefahr für die Produktionstechnik
23.10.2017 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie