idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
idw - Informationsdienst
Wissenschaft
Es ist ein Erfolg für die langjährige Kooperation der Universität Delaware (USA) und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf: Im Rahmen der Ausschreibung für einen Vorabzugang zum neuen Supercomputer „Discovery“ gehört das gemeinsame Projekt PIConGPU zu den neun Projekten, die im Juni den Zuschlag erhielten. Der Antrag des Teams basiert auf einem durch künstliche Intelligenz gestützten Ansatz: Das Ziel ist, jene hochauflösenden Simulationen zu identifizieren, die für die Lösung des wissenschaftlichen Problems am relevantesten sind. Nur diese werden dann berechnet. Am HZDR leiten das Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) und das Institut für Strahlenphysik das PIConGPU-Projekt.
„Wir waren bereits im ersten CAAR-Programm 2019 erfolgreich, als der weltweit erste Exascale-Computer, ‚Frontier‘, gebaut und optimiert wurde“, erinnert sich Dr. Michael Bussmann, Forschungsteamleiter am CASUS. „Diese einmalige Gelegenheit hat uns wirklich vorangebracht, da wir PIConGPU schon frühzeitig auf das Exascale-Rechnen vorbereiten konnten. Das führte später dazu, dass wir in das Forschungs- und Vorabzugangsprogramm für JUPITER, den ersten europäischen Exascale-Computer am Forschungszentrum Jülich in Deutschland, aufgenommen wurden. Wir sind daher unglaublich stolz darauf, dass wir es auch in das CAAR-Programm für ‚Discovery‘ geschafft haben.“ Bussmann hofft, dass es dem Team erstmals gelingen wird, große Modelle der künstlichen Intelligenz (KI) mit hochauflösenden Simulationen zu kombinieren, um die richtigen Betriebsparameter für neue Technologien wie Laserteilchenbeschleuniger und Laserfusionsanlagen zu ermitteln.
Insbesondere steigt derzeit das Interesse an der lasergetriebenen Fusion als potenzieller Energiequelle. Eine zentrale Herausforderung ist hier die Energieübertragung von den Lasern auf die Brennstoffkapsel. Nanostrukturierte Zielkörper gelten allgemein als Mittel zur Steigerung der Absorption und der Energiekopplung, doch die Suche nach den richtigen Materialien und der richtigen Geometrie ist anspruchsvoll. Der Bedarf an Experimenten ist um ein Vielfaches größer als das an den Forschungsanlagen verfügbare Angebot. Hier erweisen sich Simulationen als äußerst nützlich. Doch auch bei Hochleistungscomputern ist die Nachfrage größer als das Angebot. Die höhere Leistung von „Discovery“ wird es PIConGPU ermöglichen, hochpräzise Simulationen unter Verwendung einer KI-gesteuerten Mehrzieloptimierung durchzuführen. Dank dieses Optimierungsschritts werden nur die aussagekräftigsten Durchläufe ausgewählt und ausgeführt, wodurch sichergestellt wird, dass die verfügbare Supercomputer-Kapazität so effizient wie möglich genutzt wird.
KI-Berechnungen wechseln von „Frontier“ zu „Discovery“
„Discovery“ wird spätestens 2028 ausgeliefert und soll 2029 in Betrieb gehen. Das System wird über eine deutlich höhere Leistung als „Frontier“ verfügen und einen für KI-Berechnungen optimierten Rechencluster enthalten. Dieser Cluster wird bereits in diesem Jahr installiert. In Kombination mit „Discovery“ soll er sich perfekt für KI-gestützte Simulationen eignen. Bis zu dessen Inbetriebnahme wird der KI-Cluster mit „Frontier“ kombiniert. Prof. Sunita Chandrasekaran von der Universität Delaware zeigt sich erfreut: „Da wir PIConGPU in den vergangenen zwei Jahren um mehrere KI-basierte Optimierungen erweitert haben, hatten wir insgeheim gehofft, für das Discovery-CAAR-Programm ausgewählt zu werden. Nichtsdestotrotz waren wir überglücklich, als die Nachricht über den Zuschlag eintraf.“
Bussmann ergänzt, dass auch bei der europäischen Infrastruktur wichtige Fortschritte erzielt wurden: „Es ist wichtig, dass das HZDR Teil des EuroHPC-Exzellenzzentrums PlasmaPEPSC ist. Der Zugang zu europäischen Exascale-Rechnern wie JUPITER über PlasmaPEPSC stellt sicher, dass wir stets an der Spitze der Forschung bleiben.“
PIConGPU basiert auf der hardwareunabhängigen Bibliothek Alpaka, die eine effiziente Anpassung bestehender Software an neue Hardware ermöglicht. PIConGPU ist die Abkürzung für „Particle-In-Cell on Graphics Processing Unit“. Der Open-Source-Code wird von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zur Untersuchung von Laser-Plasma-Wechselwirkungen genutzt – beispielsweise zur Entwicklung von Teilchenbeschleunigern für die Strahlentherapie bei Krebs, in der Hochenergiephysik oder in der Photonenforschung. Er wird seit mehr als zehn Jahren kontinuierlich weiterentwickelt.
PIConGPU-Team einziges internationales Projekt
Die anderen acht bei der Ausschreibung erfolgreichen Projekte stammen ausnahmslos von Antragstellern aus den Vereinigten Staaten: von Industrieunternehmen wie General Electric, nationalen Forschungslabors wie dem Caltech oder Bundesbehörden wie der NASA. Alle Einreichungen wurden nach zwei Kriterien bewertet: anhand ihres Potenzials für wissenschaftliche Erkenntnisse sowie ihrer Eignung, jene großen Herausforderungen zu lösen, für die man die Rechenkapazitäten von „Discovery“ ausreizen muss. Eine weitere zentrale Anforderung war, dass jedes Projektteam nachweisen musste, die Hardware von „Discovery“ so gut zu nutzen, dass die Anwendung voraussichtlich drei- bis fünfmal schneller als auf „Frontier“ laufen wird.
Der Supercomputer „Discovery“ wird im Oak Ridge National Laboratory (ORNL) gebaut, einem Forschungs- und Entwicklungszentrum mit Sitz in der Stadt Oak Ridge (USA). Mit „Discovery“ setzt das ORNL seine Tradition fort, Spitzen-Supercomputer bereitzustellen: Seit 2004 hat das Labor insgesamt sieben solcher Systeme in Betrieb genommen. Jede der jüngsten vier Maschinen – „Jaguar“, „Titan“, „Summit“ und „Frontier“ – galt zu ihrer Zeit als das schnellste System der Welt. Über die Zusammenarbeit von HZDR-Wissenschaftlern mit dem Team von Chandrasekaran war der Simulationssoftware PIConGPU bereits Rechenzeit auf „Summit“ und „Frontier“ zugeteilt worden. Bereits bei „Frontier“ organisierte das ORNL die Zusammenarbeit mit Anwendungsentwicklern und Partnerunternehmen über ein „Center for Accelerated Application Readiness“ (CAAR)-Programm.
Dr. Michael Bussmann| Research Team Leader
Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) at HZDR
email: m.bussmann@hzdr.de
https://www.casus.science/fruehzugriff-auf-neuen-ki-supercomputer/?lang=de
Laser-Plasma-Simulation
Copyright: R. Pausch/HZDR
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Energie, Informationstechnik, Medizin, Physik / Astronomie, Werkstoffwissenschaften
überregional
Kooperationen, Wettbewerbe / Auszeichnungen
Deutsch
Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.
Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).
Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.
Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).
Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).
