entdeckt 02/2015 - Uran, Plutonium & Co.

FORSCHUNG// DAS FORSCHUNGSMAGAZIN AUS DEM HZDR WWW.HZDR.DE 28 29 rechnen, ergab sich somit eine Herausforderung: Wie kom- pensiert man die langsame Daten-Weitergabe zwischen den einzelnen Grafikkarten? Die simple, aber effektive Lösung: Schon während der Übertragung zu anderen Karten beginnen neue Berechnungen. So wird die Wartezeit sinnvoll genutzt und alle Grafikkarten arbeiten parallel. Flexibilität des Codes ermöglicht Einsatz im neuen Helmholtz-Extremlabor in Hamburg Heiko Burau ist zugleich auch der Erfinder von PIConGPU: Nach einer Auszeichnung beim Schüler-Wettbewerb „Jugend forscht“ erhielt er 2009 die Möglichkeit, zu seinem Thema „Grafikkarten-Programmierung“ am HZDR zu forschen. Bereits nach sechs Wochen hatte der damals 17-Jährige mit anderen jungen Forschern der Gruppe die erste Versi- on des Codes für eine Einzel-GPU programmiert. Nach und nach kamen weitere Studenten hinzu und bauten PIConGPU schließlich zu einem der heute leistungsfähigsten Codes der Laser-Plasmaphysik aus. Ob kosmische Jets in der Astrophy- sik, die Untersuchung von lasergetriebener Fusion oder Laser- Teilchenbeschleunigung – mittlerweile können damit fast alle Berechnungen durchgeführt werden, in denen Hochenergie- Plasmen eine Rolle spielen. Die dabei gewonnenen Erkennt- nisse könnten zum Beispiel helfen, Beschleuniger-Anlagen für die Protonenstrahl-Therapie gegen Krebs kompakter und günstiger zu machen. Dank seiner enormen Flexibilität soll der Code künftig auch für Atomphysik-Modelle an der neuen Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF) am Röntgenlaser Euro- pean XFEL in Hamburg zum Einsatz kommen. Dabei werden noch deutlich mehr Parameter bis hinunter zur quantenphy- sikalischen Ebene einberechnet. Das macht den Code zwar langsamer, ermöglicht zugleich aber Simulationen, die zuvor noch undenkbar waren. Bussmanns Traum ist es, auch noch die Analyse der experimentellen Daten anzuschließen: „Dann wäre der Weg vom Modell zur Überprüfung im Experiment und voran zum verbesserten Modell mit ein und demselben Code möglich.“ Der Gruppenleiter ist stolz, dass sich das Vertrauen in die Fähigkeiten seiner Nachwuchsforscher ausgezahlt hat: „Nicht selten wurde mir auf Konferenzen skeptisch entgegnet: ‚Mit Studenten? Das klappt doch niemals.‘ Und es hat doch geklappt – nicht trotz, sondern wegen der Studenten.“ Diese Förderung von ausgezeichnetem Nachwuchs setzt sich bis heute fort: Im September arbeitete mit Daniel Grassinger abermals ein Sieger des „Jugend forscht“-Wettbewerbs als Praktikant in der Gruppe. Er entwickelte ein neues Verfahren, um Daten aus verschiedenen Codes im gleichen offenen For- mat, OpenPMD, auslesen zu können. Dank seiner Arbeit ist es nun erstmals möglich, die Vorhersagekraft des HZDR-Codes mit der anderer Plasma-Codes zu vergleichen und sie dadurch zu verbessern. Diese Optimierung ist auch ausdrücklich von externen Forschern erwünscht, denn bei PIConGPU handelt es sich um einen Open- Source-Code, der von jedem Wissenschaftler kostenlos genutzt und für die eigenen Modelle angepasst werden kann. Die HZDR- Forscher sind überzeugt, dass gegenseitiger Wissensaustausch die Entwicklung noch weiter vorantreibt, weshalb sie offensiv auffordern: „Bitte klauen Sie unseren Code!“ PUBLIKATION: M. Bussmann, H. Burau, T. Cowan, A. Debus, A. Huebl, G. Juckeland, T. Kluge, W.E. Nagel, R. Pausch, F. Schmitt, U. Schramm, J. Schuchart, R. Widera: “Radiative signatures of the relativistic Kelvin-Helmholtz Instability”, in Procee- dings SC13: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis 2013 (DOI: 10.1145/2503210.2504564) _Nachwuchsgruppe Computergestützte Strahlenphysik am HZDR Dr. Michael Bussmann m.bussmann@hzdr.de KONTAKT TITAN: Der derzeit zweitschnellste Computer der Welt, der Supercomputer „Titan“, steht am Oak Ridge National Laboratory im US-Bundesstaat Tennessee. Foto: ORNL | U.S. Dept. of Energy

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