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„Mit dem neuen Sonderforschungsbereich bestätigt die DFG die herausragende Kompetenz der Universität Stuttgart auf den Gebieten des Höchstleistungsrechnens und der Visualisierung“, freute sich Uni-Rektor Prof. Wolfram Ressel. „Zudem ist der SFB eine wirklich interdisziplinäre Initiative, die über die traditionellen Fakultätsgrenzen hinweg exzellente Wissenschaftler zusammenbringt.“ Im SFB 716 werden Forscher aus dem Maschinenbau, der Physik, der Chemie und der Informatik eng zusammenarbeiten. In all diesen Bereichen werden schon seit langem Methoden der dynamischen Simulation eingesetzt. „Die enge Verbindung zwischen Anwendern aus den Ingenieur- und Naturwissenschaften und Informatikern im neuen SFB ist für das, was wir vorhaben, entscheidend“, sagt Prof. Hans Hasse, Direktor des Instituts für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik und Sprecher des Sonderforschungsbereichs. „Jetzt marschieren wir gemeinsam in einem leistungsfähigen Verbund, wie es ihn sonst nirgends auf der Welt gibt.“ Die Bewilligung gilt für die erste, vierjährige Förderperiode. Insgesamt soll der SFB über zwölf Jahre laufen und mit einer Summe von etwa 15 Millionen Euro gefördert werden.
Anwendungen für dynamische Simulationen mit großen Teilchenzahlen finden sich beispielsweise in der Mechanik und Thermodynamik, in den Materialwissenschaften sowie in der Bio- und Nanotechnologie. Doch schon bei einigen tausend Teilchen erfordern solche Simulationen Methoden des Höchstleistungsrechnens, bei Teilchenzahlen von einigen Millionen ist die Grenze des derzeit Machbaren erreicht. Deshalb will der neue SFB die Methoden der dynamischen Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen so weiterentwickeln, dass ihr Potential in Zukunft auch in der industriellen Forschung und Entwicklung genutzt werden kann.
Im Mittelpunkt des Forschungsprogramms stehen Pilotprojekte, in denen unmittelbar Erkenntnisse gewonnen werden, die mit anderen Methoden nicht zu erzielen sind. So wollen die Wissenschaftler die Prozesse beim Laserbohren simulieren, wovon man sich neue Einsichten in die Mechanismen des Prozesses und letztlich Möglichkeiten zu seiner Verbesserung erhofft. Ein weiteres Beispiel ist der Transport von Proteinen in Kanälen von Zellmembranen. Diesen Vorgang verstehen Wissenschaftler bis heute nur unzureichend – und das, obwohl er für alles Leben von zentraler Bedeutung ist.
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Nanoskalisches Flüssigkeitströpfchen. (Fotos: ITT) |
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Weltrekord im Höchstleistungsrechnen angepeilt
Für die Forschung im Bereich der dynamischen Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen ist die Uni Stuttgart ein idealer Standort. So hielt die Arbeitsgruppe von Prof. Hans-Rainer Trebin vom Institut für Theoretische und Angewandte Physik bis zum Jahr 2004 den Weltrekord für die Simulation mit der höchsten Teilchenzahl, zuletzt mit fünf Milliarden Teilchen. „Den Weltrekord holen wir uns zurück“, so die einhellige Meinung im neuen SFB. Die Chancen dafür stehen gut, denn mit dem Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) verfügt die Uni über einen der schnellsten und leistungsfähigsten Supercomputer Europas.
Auch die Visualisierung der Simulationsergebnisse spielt für die Arbeiten im SFB 716 eine zentrale Rolle. „Sie wird neue Einsichten in die Dynamik molekularer Welten liefern“, so Prof. Thomas Ertl vom Institut für Visualisierung. „Allerdings stellt sie bei den im SFB 716 betrachteten extrem großen Teilchenzahlen auch höchste Anforderungen an die Visualisierungsalgorithmen und die Graphikhardware“. Auch hier ist Stuttgart gut aufgestellt. Dafür steht unter anderem das neue Visualisierungsinstitut VISUS, das mit zwei Teilprojekten in den neuen SFB integriert ist.
amg
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