Der schnelle Draht

Höchstleistungssimulationen mit unterschiedlichen Computerarchitekturen

Vom Hardwaredesign bis zur Untersuchung chemischer und biologischer Systeme: Die Bandbreite der im PN 2 angepackten Forschungsthemen ist umfangreich und interdisziplinär.

 (c) David Ausserhofer
Das Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) der Universität Stuttgart

Von der Informatik bis zur Chemie

An einer der drängendsten Fragen der Simulationstechnologie arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Informatik, Physik, Chemie und Chemietechnik. Dank der einzigartigen interdisziplinären Verknüpfung können wir die wissenschaftlichen Erkenntnisse aus der Informatik direkt in die passenden naturwissenschaftlichen Projekte übertragen. Umgekehrt liefern die Naturwissenschaften grundlegende Algorithmen und spezifische Simulationsaufgaben, welche die Informatik zur Evaluierung und Validierung ihrer Methoden nutzen kann.

Parallele Optimierung

Die Informatikerinnen und Informatiker setzen ihren Fokus dabei auf Themen wie die parallele Optimierung. Sie stellt eine der entscheidenden Aufgaben der Simulationstechnologie dar – angefangen von der optimalen Parametrisierung von Modellen bis hin zur Hardwareoptimierung für einzelne Anwendungen. Darüber hinaus widmen sich einzelne Forschungsprojekte aus PN 2 dem Design von Computerarchitekturen, insbesondere von Many-Core-Rechnersystemen und Verfahren, Simulationssoftware auf diese zu übertragen.

Zunehmende Komplexität der Software

Angesichts der zunehmenden Komplexität von Simulationssoftware steigt die Notwendigkeit Rechnerarchitekturen so zu konzipieren, dass eine leichtere Übertragbarkeit oder Kombination unterschiedlicher Rechenmodule und Computerressourcen möglich ist. Gleichzeitig adressieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im PN 2 auch das Problem der dynamischen Laufzeiten rekonfigurierbarer heterogener Architekturen.

Molekulardynamische Simulationen

Die naturwissenschaftlichen Projekte des Netzwerks beschäftigen sich vorrangig damit, molekulardynamische Simulationen weiterzuentwickeln, unter anderem auf dem Gebiet klassischer Kraftfelder oder der Elektronenstruktur. „Polarisierbarkeit“ wird hier zur genaueren Beschreibung der Interaktion von Atomen in Molekülen, Flüssigkeiten und auch festen Materialien verwendet, um damit die Flexibilität und Vorhersagekraft der Simulationen zu erhöhen.

Integrative Systemwissenschaft

Mit ihrer Arbeit an den Molekularsimulationen arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus PN 2 gleichfalls an der Vision eines ganzheitlichen Menschmodells. Die kooperative Zusammenarbeit der Informatik und Naturwissenschaft verwirklicht dabei den Anspruch der Simulationstechnologie als integrative Wissenschaft. Durch sie überwinden wir Fachgrenzen. Gleichermaßen setzen wir Schwerpunkte in der Methodenentwicklung sowie der anwendungsorientierten Erforschung enzymatischer Reaktionen oder thermodynamischer Eigenschaften.

+-

2-1
Vorhersage dielektrischer Spektren durch Computersimulationen

Projektleitung: Prof. Dr. Christian Holm
Mitarbeiter: Johannes Zeman
Institut für Computerphysik

2-2
Übertragbare polarisierbare Kraftfelder für Phasengleichgewichte

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Joachim Groß
Mitarbeiter: Christian Waibel
Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik

2-3
Polarisierbare Kraftfelder für ionische Flüssigkeiten

Projektleitung: Prof. Dr. Christian Holm
Mitarbeiter: Dr. Frank Uhlig
Institut für Computerphysik

2-4
Elektronisch angeregte Zustände in ausgedehnten Systemen

Projektleitung: Prof. Dr. Johannes Kästner
Mitarbeiter: Jan Meisner
Institut für Theoretische Chemie

2-5
Hochparallele Optimierungsmethoden

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Michael Resch
Mitarbeiter: Marius Poke M.Sc.
Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS)

2-6
Reduktionstechniken von Online-Daten für Hochleistungssimulationen

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Sven Simon
Mitarbeiter: Seyyed Mahdi Najmabadi
Institut für Parallele und Verteilte Systeme

2-7
Skalierbare elektronische Strukturmethoden

Projektleitung: Prof. Dr. Hans-Joachim Werner
Mitarbeiter: Max Schwilk
Institut für Theoretische Chemie

2-8
Simulationsverfahren auf rekonfigurierbaren heterogenen Rechnerarchitekturen

Projektleitung: Prof. Dr. Hans-Joachim Wunderlich
Mitarbeiter: Alexander Schöll
Institut für Technische Informatik

2-9
Entwicklung von Methoden zur effizienten Berechnung relativer freier Energien

Projektleitung: JP Dr.-Ing. Niels Hansen
Mitarbeiterin: Julia Gebhardt
Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik

2-10 (abgeschlossen)
Kristallisation geladener Makromoleküle
Projektleitung: JP Dr. Axel Arnold
Mitarbeiter: Kai Kratzer
Institut für Computerphysik

2-11 (abgeschlossen)
Entwicklung übertragbarer Kraftfelder für Phasengleichgewichte und ihrer Anwendung auf größere Moleküle

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Joachim Groß
Mitarbeiterin: Andrea Hemmen
Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik

2-12 (abgeschlossen)
Die molekulare Basis von Substratspezifität: Modellierung der Struktur und Dynamiken von Lipasen und PHA-Depolymerasen an Wasser-Substrat-Grenzflächen

Projektleitung: Apl. Prof. Dr. Jürgen Pleiss
Mitarbeiter: Sven Benson
Institut für Technische Biochemie

2-13 
Auto-Tuning für Höchstleistungsrechnen auf heterogener Hardware
Projektleitung: JP Dr. Dirk Pflüger
Mitarbeiter: David Pfander
Institut für Parallele und Verteilte Systeme

2-14
Synthetische Biologie: Simulation und Design neuartiger Enoatreduktasen
Projektleitung: Apl. Prof. Dr. Jürgen Pleiss
Mitarbeiter: Sven Benson
Institut für Technische Biochemie

2-15
Thermodynamische und strukturelle Aspekte der Stabilität von Proteinen
Projektleitung: JP Dr.-Ing. Niels Hansen
Mitarbeiter: Daniel Markthaler
Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik

2-16
Linear and non-linear response properties of open-shell molecules
Projektleitung: Prof. Dr. Andreas Köhn
Mitarbeiter: Pradipta Kumar Samanta
Institut für Theoretische Chemie

2-17
Hardware-adaptive and self-balancing algorithms and data structures for the numerical simulation of PDE problems
Projektleitung: Prof. Dr. Dominik Göddeke
Mitarbeiter: Malte Schirwon
Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation

2-assoziiert
Adaptive Grid Implementation for Parallel Continuum Mechnics Methods in Particle Simulations

Projektleitung: Prof. Dr. Miriam Mehl
Mitarbeiter: Michael Lahnert
Institut für Parallele und Verteilte Systeme

2-assoziiert
Visualisierungstechniken für elektromagnetische Felder
Projektleitung: Prof. Dr. Thomas Ertl
Mitarbeiter: Katrin Scharnowski
Visualisierungsinstitut der Universität Stuttgart

  • Informatik
  • Physik
  • Chemie
  • und Chemietechnik

Koordinatoren PN 2

Dieses Bild zeigt Kästner
Prof. Dr.

Johannes Kästner

Professur für Computational Chemistry, Koordinator Projektnetzwerk 2

Dieses Bild zeigt Wunderlich
Prof. Dr. rer. nat. habil.

Hans-Joachim Wunderlich

Koordinator Projektnetzwerk 2