Der Physiker Thomas Schulthess erhielt gestern Abend auf der Supercomputer Conference in Austin, Texas, den Gordon Bell Preis zusammen mit seinem Team, bestehend aus Thomas Maier, Michael Summers, Gonzalo Alvarez sowie weiteren Mitarbeitern vom Oak Ridge National Laboratory und der Firma Cray. Sie hatten vergangene Woche im High Performance Computing Geschichte geschrieben: Erstmals ist es gelungen, 1.35 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde, mit dem so genannten DCA++ Code, in einer echten Simulation zu erreichen. Dabei modellierten sie auf dem XT Jaguar-Supercomputer von Cray, in Oak Ridge, die Eigenschaften und das Verhalten eines bestimmten Supraleiters. Die Wissenschaftler haben damit die seit rund einem Jahrzehnt anvisierte Petaflop-Barriere durchbrochen - und wurden nun dafür geehrt.

Was der Superrechner Jaguar mit den für das Projekt zur Verfügung gestandenen 150'000 von 180’000 Prozessoren in einem Tag geleistet hat, dafür bräuchte die gesamte Weltbevölkerung 500 Jahre, wenn sie Tag und Nacht jede Sekunde eine Rechenaufgabe lösen würde, heisst es in einer Pressemitteilung von Oak Ridge.

Supraleiter im Modell

Die Wissenschaftler modellierten Supraleiter, um die dahinterstehenden Prozesse besser verstehen zu können. Es ist zwar bekannt, dass sich dabei Elektronenpaare, so genannte Cooper-Paare, bilden, wobei die Abstossung der gleich geladenen Elektronen aufgehoben wird. Viele Details auf atomarer Ebene sind jedoch noch unklar.

Die Forscher versuchten durch die Simulation inhomogener Modellen eines Hochtemperatursupraleiter, eines speziellen Kupferoxids (Cuprat), die Effekte chemischer und elektronischer Unordnung auf die Stärke der Paarwechselwirkung herauszufinden. Die chemische Unordnung entsteht ganz natürlich wenn beispielsweise unterschiedliche Elemente – etwa Lanthan gegen Strontium - gegeneinander ausgetauscht werden. Über neue Erkenntnisse hofft man dem Traumziel Supraleiter bei Raumtemperatur, näher zu rücken.

Den Wissenschaftlern gelang die aufwendige Simulation, indem sie durch modifizierte Algorithmen und Softwaredesign des DCA++ Codes die Rechnerleistung um mehr als das Zwanzigfache erhöhen konnten. „Bisher haben wir vor allem die Leistungsfähigkeit der Codes bewiesen und erst wenige Simulationen durchgeführt. Mit aussagekräftigen Simulationen werden wir im Januar beginnen“, sagt Thomas Schulthess.

Kooperationen mit Oak Ridge

Schulthess geht davon aus, dass von diesem Projekt an der ETH Zürich kurzfristig seine Kollegen vom Institut für Theoretische Physik und das Departement Physik profitieren können. „Es wird Kooperationen mit dem Team in Oak Ridge geben und somit auch Zugang zu den Maschinen." Mittel- und langfristig werden auch viele Benutzer der Rechenkapazität des CSCS direkt von unserer Arbeit in Oak Ridge profitieren, erklärt Schulthess. „DCA++ gehört zu einem Paket von Codes die wir auf moderne HPC-Systeme portiert haben, wie zum Beispiel auch der VASP Code, der auch von Benutzern des CSCS – wie etwa dem PSI- eingesetzt wird.“ Sobald das CSCS die entsprechende Rechnerkapazität hat, können diese skalierten Codes auch in der Schweiz eingesetzt werden, sagt Schulthess.

Alle elf Jahre nächste Barriere gebrochen

Vor elf Jahren war der Rechner ASCI Red von Intel derjenige, der erstmals die Teraflop Barriere mit einer Billion Rechenoperationen pro Sekunde, brach, weitere elf Jahre zuvor, 1986, nahm der Vektorrechner Cray 2, die Gigaflop-Hürde. Das sich in nur 22 Jahren die Leistung des jeweils weltschnellsten Rechners millionenfach steigerte, zeigt wie kurzlebig Supercomputer sind.

Gordon Bell Preis

Der von der Association for Computing Machinery seit 1987 gestiftete „Gordon Bell Prize“, benannt nach dem berühmten gleichnamigen Computer Ingenieur und Pionier im Bereich des High Performance Computing, wird seit 1987 auf der jährlich in den USA stattfindenden Supercomputer Confernence (SC) verliehen. Der Preis ist mit 10’000 Dollar dotiert und zeichnet bedeutende Errungenschaften im High Performance Computing aus. Mit ihm soll die Entwicklung des massiv Parallelrechnens, bei der mehrere Rechenoperationen gleichzeitig parallel laufen, gefördert und vorangetrieben werden.