Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

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

nächste Meldung

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.

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

nächste Meldung

Im Focus: Meteoritengestein ist "bessere Diät"

Archaeon kann Meteoritengestein aufnehmen – und sich davon ernähren

Das Archaeon Metallosphaera sedula kann außerirdisches Material aufnehmen und verarbeiten. Das zeigt ein internationales Team um Astrobiologin Tetyana...

Im Focus: The coldest reaction

With ultracold chemistry, researchers get a first look at exactly what happens during a chemical reaction

The coldest chemical reaction in the known universe took place in what appears to be a chaotic mess of lasers. The appearance deceives: Deep within that...

Im Focus: Kleiner, schneller, energieeffizienter – leistungsstarke Bauelemente für den digitalen Wandel

Hocheffiziente Leistungshalbleiter sollen die Voraussetzungen für vielfältige neue Anwendungen schaffen – von der Elektromobilität bis hin zur künstlichen Intelligenz. Darauf zielt das kürzlich gestartete Verbundprojekt „Leistungstransistoren auf Basis von AlN (ForMikro-LeitBAN)“, das vom Ferdinand-Braun-Institut koordiniert wird.

Smarte Energieversorgung, Elektromobilität, breitbandige Kommunikationssysteme und Anwendungen der künstlichen Intelligenz (KI) – die Anzahl miteinander...

Im Focus: KATRIN-Experiment begrenzt die Masse von Neutrinos auf unter 1 Elektronenvolt

Neutrinos spielen durch ihre kleine, aber von Null verschiedene Masse eine Schlüsselrolle in Kosmologie und Teilchenphysik. Seit 2018 soll mit dem KArlsruher TRitium Neutrino Experiment (KATRIN) die Masse von Neutrinos bestimmt werden. Schon nach einer ersten kurzen Neutrino-Messphase konnten die Forscherinnen und Forscher die Masse des Neutrinos auf kleiner als 1 Elektronenvolt (eV) begrenzen, was doppelt so genau ist wie alle bisher durchgeführten teils mehrjährigen Laborexperimente. Das Ergebnis ist diese Woche als Titelgeschichte des renommierten Fachjournals „Physical Review Letters“ veröffentlicht worden. Am Experiment beteiligt ist auch ein Team der Bergischen Universität Wuppertal.

Neben den Photonen, den masselosen elementaren Quanten des Lichts, sind Neutrinos die häufigsten Teilchen im Universum. Neutrinos werden „Geisterteilchen“...

Im Focus: How do scars form? Fascia function as a repository of mobile scar tissue

Abnormal scarring is a serious threat resulting in non-healing chronic wounds or fibrosis. Scars form when fibroblasts, a type of cell of connective tissue, reach wounded skin and deposit plugs of extracellular matrix. Until today, the question about the exact anatomical origin of these fibroblasts has not been answered. In order to find potential ways of influencing the scarring process, the team of Dr. Yuval Rinkevich, Group Leader for Regenerative Biology at the Institute of Lung Biology and Disease at Helmholtz Zentrum München, aimed to finally find an answer. As it was already known that all scars derive from a fibroblast lineage expressing the Engrailed-1 gene - a lineage not only present in skin, but also in fascia - the researchers intentionally tried to understand whether or not fascia might be the origin of fibroblasts.

Fibroblasts kit - ready to heal wounds