RUB-Chemie: Neuer Supercomputer berechnet komplizierte Experimente

Das neue prestigeträchtige Möbel des Lehrstuhls für Theoretische
Chemie (Prof. Dr. Dominik Marx) sieht aus wie eine Schrankwand und heizt wie
eine Sauna – ist aber einer der schnellsten Großrechner weltweit: Er liegt auf
Platz 302 in der Rangliste der Supercomputer. Mit seiner Hilfe untersuchen die
Forscher chemische Reaktionen ohne Kolben und Bunsenbrenner “in silico”. “Soviel
Rechenleistung gibt es sonst nur in großen Rechenzentren”, so Dr. Axel Kohlmeyer,
unter dessen Leitung der Computer konzipiert und installiert wurde, “bei uns
gibt es sie jetzt nebenan.”

Das neue prestigeträchtige Möbel des Lehrstuhls für Theoretische Chemie (Prof.
Dr. Dominik Marx) sieht aus wie eine Schrankwand und heizt wie eine Sauna –
ist aber einer der schnellsten Großrechner weltweit: Er liegt auf Platz 302
in der Rangliste der Supercomputer. Mit seiner Hilfe untersuchen die Forscher
chemische Reaktionen ohne Kolben und Bunsenbrenner “in silico”. “Soviel Rechenleistung
gibt es sonst nur in großen Rechenzentren”, so Dr. Axel Kohlmeyer, unter dessen
Leitung der Computer konzipiert und installiert wurde, “bei uns gibt es sie
jetzt nebenan.” “Formel 1” Supercomputer gleich um die Ecke Ende September wurde
der Parallelrechner aus 76 Doppelprozessor Linux-Knoten mit einem Hochleistungsnetzwerk
und einer insgesamt außergewöhnlichen Rechenleistung in den Räumen der Theoretischen
Chemie installiert. Wie gerade auf der Supercomputer Konferenz in Baltimore
(16.-22. November) verkündet, tummelt sich diese Maschine in der berühmten “TOP
500 Liste” der weltweit schnellten Rechner – sozusagen in der “Formel 1” der
Supercomputer.(Die Liste vom November 2002 findet sich unter http://www.top500.org/list/2002/11/).
Maßgeschneidert und getuned Der Inbetriebnahme war eine über zehnmonatige Vorbereitungsphase
vorausgegangen, während derer an den vielen Details der Konfiguration gefeilt
und mit einer EU-weiten Ausschreibung nach dem idealen Lieferanten für das optimierte
Konzept gesucht wurde. Die Zusammenstellung eines solchen Parallelrechners ist
immer dann aufwändig und kompliziert, wenn er optimal an die individuellen Bedürfnisse
angepasst werden soll – und dabei spielen neben der nackten CPU-Power auch viele
scheinbar nebensächliche Kleinigkeiten oft eine wesentliche Rolle. Die Mitarbeiter
der Theoretischen Chemie setzen hauptsächlich die Car-Parrinello Simulationsmethode
und das Programmpaket “CPMD” ein, an dessen Entwicklung und kontinuierlicher
Verbesserung sie beteiligt sind. Dementsprechend wurde der Parallelrechner exakt
dafür maßgeschneidert und getuned. Daten und Fakten Die viele Arbeit hat sich
gelohnt, denn in punkto nutzbarer Rechenleistung erweist sich der neue Parallelrechner
als voller Erfolg. Für Fachleute: Die Maschine leistet mit dem vorgegebenen
Testbeispiel, dem “Linpack Benchmark”, runde 240 GFlops bei einer theoretischen
Maximalleistung (“peak performance”) von 360 GFlops. Auch die Zahlen für den
gesamten Hauptspeicher des Rechners mit über 100 Gigabyte und einem Festplattenspeicher
von 4.3 Terabyte sind beeindruckend. Rund um die Uhr voll ausgelastet Seit Mitte
Oktober, nach nur wenigen Wochen prall gefüllt mit Tests, Feinabstimmungen an
der Konfiguration, Benchmarkrechnungen mit CPMD und dem Beseitigen kleinerer
Kinderkrankheiten ist der Rechner kontinuierlich und voll ausgelastet im Einsatz.
Rund um die Uhr und sieben Tage in der Woche kommen die 152 CPUs nicht mehr
zur Ruhe, und hinter der 2,5 Meter hohen und 4 Meter breiten “Schrankwand”,
in der die einzelnen Knoten eingestellt sind, fühlt man sich aufgrund der hohen
Abwärme an die Sahara erinnert. Die RUB-Haustechnik meisterte die Herausforderung,
die benötigte Stromleistung (ca. 18-20 kW) in und die entstehende Abwärme aus
dem Rechnerraum zu schaffen. Um den nun reibungslosen Betrieb aufrechtzuerhalten,
verlangt die hochgezüchtete Maschine – ähnlich wie ein Formel 1 Rennwagen –
nach permanenter Wartung und Aktualisierung der Software, die ihr in gewohnt
professioneller Manier Dr. Kohlmeyer angedeihen lässt. Anwendungen: Chemie im
“Virtuellen Labor” Was wird nun mit so einem Boliden angestellt? Die Bochumer
Theoretischen Chemiker unter Leitung von Prof. Marx untersuchen ebenso wie Ihre
Experimentalkollegen Moleküle, Flüssigkeiten, Materialien, chemische Reaktionen
oder katalytische Prozesse – allerdings alles “in silico”, also im Computer.
Die große Komplexität der untersuchten Probleme ist nur mit modernsten Rechenmethoden,
intelligenten Algorithmen und vor allem im Verbund mit dem massiven Einsatz
von Computerpower zu knacken. Viele der aktuellen Projekte sind eingebunden
in größere Forschungsverbünde wie einen Sonderforschungsbereich (SFB 558) und
eine Forschergruppe (FOR 436), an denen die Bochumer Theoretische Chemie maßgeblich
beteiligt ist. (siehe dazu auch fachspezifische Pressemitteilungen http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressemitteilungen-2002/msg00272.html
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressemitteilungen-2002/msg00185.html http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressemitteilungen-2002/msg00109.html
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressemitteilungen-2001/msg00153.html oder die
Mediathek des Lehrstuhls http://www.theochem.ruhr-uni-bochum.de/go/media.html
mit Animationen und Bildern). Erweiterung ist schon geplant Der Rechenzeitbedarf
für derartige Projekte ist jedoch nahezu unbegrenzt, d.h. schon jetzt werden
auch der Hausrechner der RUB, der Rechnerverbund NRW und Supercomputerzentren
voll einbezogen. Und obwohl der Sekt im Glas noch perlt, ist schon jetzt – aufgrund
der hohen Auslastung des neuen Parallelrechners – abzusehen, dass in nicht allzu
ferner Zukunft eine Erweiterung notwendig sein wird. Weitere Informationen Prof.
Dr. Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Fakultät für Chemie, Ruhr-Universität
Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-26485, Fax: 0234/32-14045, E-Mail: dominik.marx@theochem.ruhr-uni-bochum.de,
Internet: http://www.theochem.ruhr-uni-bochum.de/ Weitere Informationen finden
Sie im WWW: http://www.theochem.ruhr-uni-bochum.de/ http://www.top500.org/list/2002/11/