Das Erste ist die Quantenelektrodynamik, das Zweite die turbulente Strömung von Fluiden. Was das Erste angeht, bin ich ziemlich optimistisch. " Eine Milliarde Zellen im virtuellen Plasma Inzwischen hilft bei der Annäherung an das anspruchsvolle Ziel die rasante Zunahme der Leistungsfähigkeit moderner Supercomputer. Forschungszentrum Jülich - Mediathek. So kann Frank Jenko das virtuelle Plasma in rund eine Milliarde winziger Zellen aufteilen und für jede einzelne in kurzer Aufeinanderfolge die Strömungsverhältnisse berechnen – etwa zehn Millionen mal für eine einzige Sekunde des Plasmalebens. So entstehen Strukturen, die aussehen wie "winzig kleines Wetter": mit Hochs und Tiefs, mit Stürmen und Flauten, und das alles im Millimetermaßstab. Entsprechend aufwändig sind die Berechnungen, denn das Plasma und die elektromagnetischen Felder gehorchen in jeder Zelle komplizierten Gleichungen, und jede der Zellen ist mit allen anderen Nachbarzellen verknüpft und beeinflusst diese ihrerseits. Besondere Programme erfordern besondere Strategien: "Derart komplexe Probleme lassen sich kaum mehr sequenziell abarbeiten", sagt Hermann Lederer vom Garchinger Rechenzentrum, "wir unterstützen deshalb die Physiker bei der Parallelisierung ihrer Algorithmen".
Rechner löst Gleichungen: linear, quadratisch, kubisch, reziprok, 4. Grades, trigonometrisch und hyperbolisch. Gilt: Gruppierungen, Substitutionen, Tabellenformeln, Finden einer rationalen Wurzel, Faktorisieren, Ziehen einer Wurzel aus einer komplexen Zahl, abgekürzte Multiplikationsformeln, Cardano-Formel, Ferrari-Methode, universelle trigonometrische Substitution, Newtons Binomial, Differenz und Summen von Potenzen, trigonometrisch und hyperbolisch Formeln, Logarithmus, Übergang zu einfachen Funktionsgleichungen, Euler-Formel, Substitution von Radikalen durch einen Parameter, Lösung durch Bereich zulässiger Werte.
Dahinter steckt die Überlegung, dass ein Programm den Computer umso effizienter zu nutzen vermag, je genauer es dessen Struktur angepasst ist. Die Cray T3E beispielsweise ist ein Rechner mit 512 Prozessoren, die parallel arbeiten können. So lief es auch bei Frank Jenkos Programm. "Wir mischen uns natürlich nicht in die Physik und die Numerik ein", betont Lederer, der für die Anwendungsunterstützung verantwortlich ist. Einer seiner Mitarbeiter optimierte in monatelanger Kleinarbeit Jenkos Fortran-Programm für eine schnelle Parallelverarbeitung. Fachleute sprechen bei diesem Vorgang von "Performance Tuning": Ähnlich wie Automechaniker aus einem Rennwagen holen Spezialisten bei diesem Schritt alles an Schnelligkeit aus dem Algorithmus heraus, was möglich ist. Komplexe Gleichungen lösen: z^4 = (1 + i√(3))^2 | Mathelounge. So erfolgreich war dieses Tuning bei Jenkos Programm, dass gleich wieder neue Begehrlichkeiten entstanden. "Mit der Verkürzung der Rechenzeiten kam natürlich bei den Physikern der Appetit auf mehr, und so änderte und vergrößerte man das ursprüngliche Programm immer weiter", so Lederer.
Zusatzinformationen Vom Klimakiller zum Rohstoff - Was aus CO2 alles werden kann Smartes Vorbild: Unser Gehirn und die Computer der Zukunft Bioökonomie im Rheinischen Revier Lernende Maschinen - Supercomputer ändern Industrie & Arbeitswelt Unterm Super-Mikroskop: Materialien für Batterien und Computer Grüner Wasserstoff: Chance für nachhaltige Mobilität und Energie Der Resonator-Podcast von Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft (CC-BY 4. Lexikon der Mathematik. 0). Forschungspodcast "Resonator" Der Resonator ist ein Wissenschafts-Podcast der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Für einige Folgen ist Holger Klein nach Jülich gekommen und hat sich am Forschungszentrum umgeschaut. Resonator Folge 47: Das Forschungszentrum Jülich Resonator Folge 48: Bioelektrische Systeme Resonator Folge 59: Schülerlabore Resonator Folge 60: Supercomputer am FZ Jülich Resonator Folge 61: High Perforance Computing
Am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching bei München simuliert Dr. Frank Jenko Plasmaturbulenzen, die im "Brennraum" eines Fusionsreaktors auftreten, mit Hilfe eines Computers. Auf diese Weise will der Forscher die "Lecks" aufspüren, über die das 100 Millionen Grad heiße Gas seine Energie verliert. Plasmagefäß des Fusionsexperiments ASDEX Upgrade Mehr als die Hälfte seiner Arbeitszeit steht Frank Jenko in der Warteschlange. Allerdings nicht persönlich, sondern mit seinem Programm: Es ist einer der größten "Jobs", die am Rechenzentrum Garching laufen. Würde es ohne Unterbrechung von Anfang bis Ende durchgerechnet, dann hätte der leistungsfähigste Garchinger Supercomputer – die Cray T3E, die 470 Milliarden Rechenschritte pro Sekunde ausführen kann – viele Tage und Nächte lang nichts anderes zu tun. Da aber Jenko nicht der einzige Nutzer der Anlage ist, erhält er immer dann, wenn er an der Reihe ist, sechs Stunden Rechenzeit. Gleichungen lösen komplexe zahlen rechner. Danach muss er sich wieder hinten anstellen. Die gigantische Rechnerei dient einem hohen Zweck: Sie soll helfen, ein funktionierendes Fusionskraftwerk zu konstruieren, das über die Verschmelzung von Deuterium und Tritium Energie liefert.
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