Augsburger HPSC-Projekte auf den Supercomputern des LRZ München

Mit neun von insgesamt 108 HPSC-Projekten, die in den Jahren 1997 bis 1999 auf den Höchstleistungsrechnern des Leibniz Rechenzentrums München (LRZ) bearbeitet wurden, weist die Universität Augsburg unter Berücksichtigung ihrer Größe und ihres spezifischen Fächerspektrums einen überraschend hohen Zugriff auf die dortigen HPSC-Kapazitäten aus.

HPSC steht für „High Performance Scientific Computing“ und meint das Wissenschaftliche Rechnen auf Höchstleistungscomputern. Es umfasst die mathematische Modellierung und die numerische Simulation von z. B. technisch-wissenschaftlichen oder ökonomischen Prozessen sowie die Bestimmung der Aussagekraft des Modells und die Überprüfung und Bestätigung der Rechenergebnisse. Die enorme Entwicklung auf dem Gebiet der elektronischen Rechenanlagen in Hinblick auf Rechenzeit und Speicherkapazität ermöglicht die Behandlung äußerst komplexer Problemstellungen. Andererseits erfordern spezielle Rechnerkonfigurationen, insbesondere Parallelrechner, die Entwicklung und Anwendung effizienter numerischer Rechenverfahren, die auf die Besonderheiten der Rechnerarchitektur abgestimmt sind. In diesem Spannungsfeld bewegt sich das High Performance Scientific Computing.

Zum Beispiel ist es das Ziel der Theoretischen Physik, die Grundlagen der Natur mit Hilfe vereinfachender Modelle unter Anwendung mathematischer Methoden zu erklären. So können z. B wesentliche Eigenschaften eines Festkörpers (wie seine elektrische Leitfähigkeit und sein magnetisches Verhalten) häufig schon in rein elektronischen Modellen – wie etwa im sogenannten Hubbard-Modell – verstanden werden. Deren grundlegende Eigenschaften lassen sich zwar zum Teil bereits analytisch berechnen bzw. abschätzen, wenn es aber darum geht, sie genauer zu untersuchen erfordern selbst derart vereinfachende Modelle den intensiven Einsatz von schnellen Rechnern.

Unter Rückgriff auf entsprechende Höchstleistungsrechner konnte Prof. Dr. Dieter Vollhardt, Inhaber des Augsburger Lehrstuhls für Theoretische Physik III, in Form der von ihm eingeführten und international permanent weiterentwickelten „Dynamischen Molekularfeld-Theorie“ einen völlig neuen Zugang zum Hubbard-Modell eröffnen. Mit Hilfe sogenannter Quanten-Monte-Carlo-Simulationen (bei denen komplizierte Integrale gewissermaßen ausgewürfelt werden) und durch den Einsatz paralleler Algorithmen ist es Vollhardt und seiner Arbeitsgruppe dabei u. a. gelungen, magnetische Eigenschaften von Materialien zu klären, die für Leseköpfe von Festplatten von Interesse sind.

Bei diesen Arbeiten greift das Vollhardt-Team nicht nur auf den IBM-Unix-Arbeitsplatzrechner-Verbund des Augsburger Physik-Instituts und den IBM-Großrechner des Rechenzentrums der Universität Augsburg zurück, vielmehr stehen dem Lehrstuhl für Simulationsrechnungen auch die Cray-Supercomputer des Forschungszentrums Jülich sowie insbesondere die Höchstleistungsrechner Cray T90 und Fujitsu-Siemens VPP 700 des LRZ München zur Verfügung.

Neben dem Lehrstuhl Vollhardt (mit den beiden HPSC-Projekten „Metal-Isolator Transition in the Infinite-Dimensional Hubbard Model“ und „Magnetism in Transition Metals and Their Oxides“) arbeiteten Augsburger Physiker und Mathematiker von 1997 bis 1999 mit folgenden Forschungsvorhaben auf den Höchstleistungsrechnern des Leibniz-Rechenzentrums:
* Efficient Parallel Domain Decomposition Methods for Fluidmechanical Problems on Nonmatching Grids (Lehrstuhl Prof. Dr. Ronald H. W. Hoppe, Institut für Mathematik, in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Wien, Houston und Moskau)
* Parallel Molecular Dynamics Simulations of Deposition Processes (Lehrstühle Prof. Dr. Ronald H. W. Hoppe, Institut für Mathematik, und Prof. Dr. Bernd Stritzker, Institut für Physik)
* Stochastic Simulation of Granular Surface Flow in Rotated Drums (Lehrstuhl Prof. Dr. Peter Hänggi, Institut für Physik)
* A Real-Time Path Integral Method for driven Dissipative Quantum Systems (Lehrstuhl Prof. Dr. Peter Hänggi, Institut für Physik)
* Interacted Electrons in Disordered Systems (Drs. P. Schmittecker, und A. Wobst, Institut für Physik, in Zusammenarbeit mit Dr. D. Weinmann, Straßburg)
* Periodic and Random Distortions in One-Dimensional Fermi and Spin Systems (Drs. C. Schuster und P. Schmittecker, Institut für Physik).

Mit dem Finanz- und Bankwissenschaftler Dr. W. Kispert und seinem Projekt „Implicit Distributions in Stock Markets. Estimation with a Maximum Entropy Procedure“ war auch die Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Fakultät der Universität Augsburg unter den Nutzern des Leibniz Rechenzentrums vertreten.

KONTAKT UND WEITERE INFORMATIONEN:

* Prof. Dr. Ronald H. W. Hoppe
Lehrstuhl für Angewandte Analysis mit Schwerpunkt Numerik
Universität Augsburg, D-86135 Augsburg
Telefon: 0821/598-2194, Telefax: 0821/598-2339, e-mail:
hoppe@math.uni-augsburg.de

* Prof. Dr. Dieter Vollhardt
Lehrstuhl für Theoretische Physik III/Elektronische Korrelationen und Magnetismus
Universität Augsburg, D-86135 Augsburg
Telefon: 0821/598-3700, Telefax: 0821/598-3725, e-mail:
vollha@physik.uni-augsburg.de