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Simulationsrechnung Rechen-Weltrekord bei der Simulation der Dynamik von Molekülen

| Redakteur: Doris Popp

Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM), des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) und weiterer Einrichtungen stellten am 17. Juni 2013 einen neuen Weltrekord bei der Simulation der Dynamik von Molekülen vor.

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Das Leibniz-Rechenzentrum auf dem Campus Garching.
Das Leibniz-Rechenzentrum auf dem Campus Garching.
(Bild: LRZ)

München – Auf dem Höchstleistungsrechner „SuperMUC“ simulierten sie das Verhalten von mehr als vier Billionen Teilchen und erhöhten damit den bisherigen Rekord auf das Vierfache. Die Berechnung ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum direkten Vergleich von Simulationen und Laborexperimenten.

Unter der Leitung der TUM-Wissenschaftler Wolfgang Eckhardt, Alexander Heinecke und Hans-Joachim Bungartz stellten Forscher des LRZ, der Universität Paderborn, der Universität Kaiserslautern sowie des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart einen neuen Weltrekord bei der Simulation der Dynamik von Molekülen auf. Mit ihrem Programm konnten sie erstmals die riesige Zahl von 4,125 Billionen Teilchen bei ihren Bewegungen simulieren. Damit wurde der bisherige Rekord auf das Vierfache erhöht.

Die Expertengruppe passte die Berechnungsmethoden so an die Rechnerarchitektur des Höchstleistungsrechners an, dass fast alle Prozessorkerne des SuperMUC gleichzeitig und dank des schnellen internen Netzes höchst effizient am gleichen Rechenproblem arbeiten konnten. Die 146 016 genutzten Kerne erreichten dabei eine tatsächliche Rechenleistung von 591,2 Teraflops. Das setzt einen Meilenstein bei der Bearbeitung eines realen wissenschaftlichen Problems.

4,125 Billionen Teilchen des Edelgases Krypton entsprechen im flüssigen Zustand dem Volumen eines Würfels von 6,3 Mikrometer Kantenlänge. Die Simulationsrechnungen stoßen damit in einen Bereich vor, in dem es bald möglich sein wird, die Ergebnisse von Simulationen direkt mit den Ergebnissen von Messungen vergleichen zu können - ein wichtiger Fortschritt auf dem Weg zu zuverlässigen Erkenntnissen über Eigenschaften der Materie.

Experimente dieser Art sind unter anderem für die Verfahrenstechnik wichtig. Sie ermöglichen es, Grenzflächenphänomene wie die Oberflächenspannung und ihre Abhängigkeit von der Größe eines Tröpfchens besser zu verstehen, später auch das Verhalten ganzer Tröpfchen, ihrer Bildung und Wechselwirkung sowie das Verhalten bei Flüssigkeitsmischungen und bei Strömungen im Nano-Bereich - alles Fragen, die nicht nur im technischen Umfeld, sondern auch im Alltag wichtig sind.

Diese wissenschaftliche Leistung wurde heute auf der International Supercomputing Conference 2013 in Leipzig mit der Auszeichnung der Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE) gewürdigt. „Dieser Weltrekord zeigt, dass SuperMUC nicht nur dank seiner innovativen direkten Warmwasserkühlung Weltspitze bezüglich Energieeffizienz ist, sondern auch höchste Rechenleistung für viele Anwendungen liefert“, erklärte Prof. Arndt Bode, Professor für Rechnertechnik und Rechnerorganisation der TU München und Leiter des LRZ. „Er ist gleichzeitig ein Beispiel für die außergewöhnlichen Ergebnisse, die wir erreichen können, wenn Fachwissenschaftler, Informatiker und die Spezialisten des Rechenzentrums gemeinsam besonders herausfordernde Simulationen angehen.“

Die Arbeit wurde aus Mitteln des BMBF (Projekt IMEMO) gefördert.

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