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Laser & Plasma: Casus-Forscher als Supercomputer-Tester

Auf dem geplanten Supercomputer Frontier der Exascale-Klasse in den USA können bisher ungelöste Fragen der Plasmaphysik beantwortet werden. Als Erstes möchten die Forscher vom HZDR neuartige lasergetriebene Elektronen- und Ionenbeschleuniger modellieren. Foto: ORNL/U.S. Dept. of Energy

Auf dem geplanten Supercomputer Frontier der Exascale-Klasse in den USA können bisher ungelöste Fragen der Plasmaphysik beantwortet werden. Als Erstes möchten die Forscher vom HZDR neuartige lasergetriebene Elektronen- und Ionenbeschleuniger modellieren. Foto: ORNL/U.S. Dept. of Energy

Physiker und Informatiker aus Görlitz und Dresden reizen weltweit schnellsten Rechner aus

Görlitz/Dresden/Oak Ridge, 18. Januar 2021. Das US-Energieministerium hat sächsische Komplexitäts-Forscher als Tester und Programmierer für den weltweit schnellsten Supercomputer eingeladen: Astrophysiker, Mathematiker und Informatiker vom „Center for Advanced Systems Understanding“ (Zentrum für fortgeschrittenes Systemverständnis = „Casus“) in Görlitz werden am Exascale-Rechner „Frontier“ am „Oak Ridge National Laboratory“ eigene Programme schreiben und anpassen, die das Potenzial dieses Supercomputers erst richtig ausreizen. Schwerpunkte sind dabei Simulationen von Energieprozessen in Plasma und die Sichtung großer Datenmengen. Das hat die Casus-Mutter „Helmholz-Zentrum Dresden-Rossendorf“ mitgeteilt.

Casus-Wissenschaftschef: Unsere Software hat in US-Laboren Aufmerksamkeit erregt

„Mit unseren Anwendungen haben wir bei den US-Entwicklungslaboren Aufmerksamkeit erregt – so viel, dass wir Zugang zu Prototypen von Exascale-Computern erhalten haben“, schätzt Casus-Teamleiter Dr. Michael Bussmann ein. „Diese Vorzugsbehandlung blieb den meisten unserer Mitbewerber verwehrt. Wir sind hoch erfreut, gemeinsam mit der University of Delaware als eines von nur acht Teams eingeladen worden zu sein, unsere Software auf der neuen Supercomputer-Generation zu testen und anzupassen.“

Eine Testsimulation auf Summit zeigt, wie ein ultrakurzer, hochintensiver Laserpuls in einem ionisierten Gas eine Plasmawelle treibt. Vergleichbar zu einem Surfer auf der Heckwelle eines Schnellbootes können so Elektronenpulse zu hohen Energien beschleunigt werden. Vislualisierung: Dr. Richard Pausch für das HZDR

Eine Testsimulation auf Summit zeigt, wie ein ultrakurzer, hochintensiver Laserpuls in einem ionisierten Gas eine Plasmawelle treibt. Vergleichbar zu einem Surfer auf der Heckwelle eines Schnellbootes können so Elektronenpulse zu hohen Energien beschleunigt werden. Vislualisierung: Dr. Richard Pausch für das HZDR

Helmholtz-Software simuliert komplexe Laser-Plasma-Prozesse

Konkret arbeiten Bussmann sowie Dr. Alexander Debus, Dr. Thomas Kluge und Dr. Guido Juckeland daran, ihre wissenschaftliche Software „PIConGPU“ an den „Frontier“ anzupassen. Mit diesem Programm können schnelle Grafikchips die Teilchenbahnen und Kraftfeld-Wirbel in „Schwarzen Löchern“ im All und in Laser-Teilchenbeschleunigern simulieren. Um „PIConGPU“ schnell von einem Supercomputer zum anderen zu übertragen, haben sie eine sogenannte „Alpaka“-Code-Bibliothek zusammengestellt. „Konkret wollen wir damit künftig insbesondere Grafikprozessoren und programmierbare Logik-Schaltkreise von Firmen wie zum Beispiel AMD, Intel und oder Xilinx nutzen können“, erklärte Casus-Wissenschaftler Jan Stephan.

Neue Standards für große Datenmengen

Außerdem will Casus-Forscher Franz Pöschel am „Frontier“ einen offenen Datenstandard „openPMD“ entwickeln, um „die enorme Menge wissenschaftlicher Daten, die die Plasmasimulationen liefern werden, möglichst effektiv und schnell erfassbar zu machen“.

Das US-Energieministerium hatte den „Frontier“ im Jahr 2019 bestellt. 2022 soll er im „Oak Ridge National Laboratory“ betriebsbereit sein. Der Superrechner soll dann anderthalb Trillionen Gleitkomma-Rechenoperationen pro Sekunde (= 1,5 Exa-Flops) bewältigen können. Damit dürfte er dann der schnellste Rechner der Welt sein. Derartige Superrechner sollen neue Wege für die Astrophysik, personalisierte Medizin, in der Krebsbehandlung und Klimaforschung eröffnen.

Autor: hw

Quelle: HZDR