Wissenschaftler der Universitäten Erlangen-Nürnberg und Bayreuth begannen das neue Jahr mit einem Paukenschlag: Auf dem Hitachi SR8000-F1 Supercomputer am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften wurden bislang weltweit einzigartige Computersimulationen auf dem Gebiet der Quantenphysik in kondensierter Materie durchgeführt. Die Entschlüsselung eines fundamentalen, bis dato ungelösten Problems war Ziel der Forschungsanstrengungen: Existiert ein quantenkritischer Punkt in einer speziellen Klasse von Festkörpern, die im Hinblick auf ihre elektronische Leitfähigkeit eindimensionales Verhalten zeigen?


Der aus Forschern der Theoretischen Physik der Universität Bayreuth um PD Dr. H. Fehske und Spezialisten des Regionalen Rechenzentrums Erlangen um Dr. G. Wellein bestehenden, interdisziplinären Arbeitsgruppe war es im Rahmen ihres Forschungsvorhabens gelungen, erstmals Modelle für derart komplexe Materialien mit der dafür notwendigen Genauigkeit zu simulieren. Die Anforderungen an die Computersysteme für Berechnungen in dieser Größenordnung sind enorm:



  • Bis zu 850 GByte Hauptspeicher waren für die Datenhaltung erforderlich. Vergleichsweise wären etwa 3400 handelsübliche PCs mit jeweils 256 MByte Speicher nötig, um diese Datenmenge halten zu können.

  • Mehr als 5 000 Billionen (5.000.000.000.000.000) Rechenoperationen wurden in einer 10-stündigen Simulation durchgeführt. Die gleiche Rechnung würde auf einem PC schätzungsweise 30 Jahre dauern!

Der Hitachi SR8000-F1 wurde speziell für Rechenoperationen in solchen und ähnlichen Ausmaßen konzipiert. Als einziger Computer in Europa verfügt der Bundeshöchstleistungsrechner am LRZ in München derzeit über eine, für höchste Anforderungen, ausgestattete Hardware. Seit Beginn dieses Jahres umfasst das System 168 Rechenknoten mit insgesamt 1344 Prozessoren. Der riesige Hauptspeicher beträgt mehr als 1 300 GByte und es stehen ungefähr 10 000 GByte an Plattenplatz zur Verfügung. Entscheidend für den Erfolg des Projektes war jedoch neben der überragenden Leistungsfähigkeit des Rechners auch die gute Zusammenarbeit aller Beteiligten.


„Nicht zuletzt die langjährige, enge Kooperation mit der Gruppe „High Performace Computing“ am RRZE versetzte uns in die Lage hochkomplexe Computerprogramme für massiv parallele und Vektor-Supercomputer zu entwickeln und effizient zu gestalten!“, so PD Dr. H. Fehske, wissenschaftlicher Leiter des Projekts. Die Aktivitäten der Arbeitsgruppe werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Kompetenznetzwerk für technisch-wissenschaftliches Höchstleistungsrechnen in Bayern (KONWIHR) finanziell gefördert und sind in wissenschaftliche Kooperationen mit der Universität Augsburg sowie dem Los Alamos National Laboratory, New Mexico (USA) eingebunden.