QPACE-Parallelrechner
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das QPACE-Rack des SFB/TR-55, das im Rahmen dieses Antrags beschafft wurde dient ausschließlich für Gitter-QCD-Rechnungen, die das Ziel haben, die Quark-Gluon-Struktur der Hadronen aufzuklären. Dabei ist QPACE selber ein ganz besonderer Rechner, denn er stellt eine Eigenentwicklung des SFB/TR-55 in Zusammenarbeit mit IBM, DESY, dem FZ Jülich und weiteren akademischen und industriellen Partnern dar. Als Technologie-Entwicklung war QPACE ein ausgesprochener Erfolg. Das Ziel war, in Europa einen international konkurrenzfähigen Hochleistungsrechner zu entwickeln, der ein besonders gutes Skalierungsverhalten bei Parallelisierung auf viele Prozessoren zeigt. Diese Ziel wurde in vollem Umfang erreicht: Innerhalb des Zeit- und Kostenplans wurde QPACE fertiggestellt und unsere Anwendungen skalieren perfekt auf unseren QPACE-Rechnern. Die Effizienz von QPACE zeigt sich besonders deutlich beim Vergleich des Stromverbrauchs per Rechenleistung (bzw. in Mflops/Watt). QPACE führte für ein Jahr, vom Dezember 2009 bis Dezember 2010) die Green500 Liste an. Dies ist dieTOP500 Liste der schnellsten Supercomputer, umgeordnet nach ihrer Energie-Effizienz. Es sei betont, dass die QPACE-Rechner seit ihrer Indienststellung Anfang 2010 praktisch störungsfrei laufen und Resultate für den SFB/TR-55 liefern. Rechnungen zur Hadronen-Physik auf dem Gitter: QPACE ist das „Arbeitspferd“ des SFB/TR-55. Gitter-QCD Rechnungen bestehen aus zwei Schritten. Zunächst werden Ensembles von Quark-Gluon-Feldkonfigurationen generiert und gespeichert, auf denen dann die unterschiedlichsten, physikalisch relevanten Größen berechnet werden. Der Trick dabei ist, dass es möglich ist, diese Ensembles von Feldkonfigurationen so zu generieren, dass die Mittelung über sie die gleichen Ergebnisse liefert wie, die vollständig quantisierte Feldtheorie. Dies stellt damit eine Form der Quantisierung dar, die sich rein numerisch behandeln lässt. Mit QPACE wurden Konfigurationen generiert, die in Anzahl und Simulationsparametern qualitativ weit besser sind, als was uns ohne QPACE möglich gewesen wäre. Dies gilt gleichermaßen für Simulationen mit N_f=2 und N_f=2+1 dynamischen Fermionen. Dabei zeigte dieser Qualitätssprung unter anderem, dass eine Reihe von Aspekten in der Gitter-QCD allgemein weniger gut unter Kontrolle waren, als frühere, weniger präzise Rechnungen suggeriert hatten. Auch in diesem Sinne trägt QPACE auch zur konzeptionellen Weiterentwicklung dieses Forschungsgebietes bei. Von den vielen physikalischen Observablen, die auf diesen Konfigurationen berechnet werden, sei stellvertretend hier nur eine genannt, für die die Analyse bereits vollständig abgeschlossen wurde. Die Strangeness im Nukleon: Ein Proton besteht aus drei sogenannten Valenz-Quarks und durch Quantenfluktuationen kurzfristig existierende Quark-Antiquark-Paare sowie Gluonen. Für viele Aspekte, z.B. bei der Suche nach „Neuer Physik“ am LHC, CERN, Genf muss man wissen wie groß die Wahrscheinlichkeit für die Gegenwart von Paaren aus einem Strange-Quark und Antiquark ist. Um dies zu bestimmen, muss man auf dem Gitter sogenannte „disconnected Beiträge“ berechnen, was noch vor wenigen Jahren unmöglich war. Dies ist uns gelungen, mit dem Ergebnis, dass diese Wahrscheinlichkeit deutlich kleiner ist, als üblicherweise angenommen. Andere „disconnected Beiträge“, die wir berechnet haben betreffen den Beitrag der Quarks (reeller und virtueller) zur Masse des Protons. Hieraus kann man dann auch auf den Beitrag der virtuellen Gluonen schließen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "An Update on Distribution Amplitudes of the Nucleon and its Parity Partner''
R.W. Schiel et al.
- "Disconnected contributions to D-meson semi-leptonic decay form factors''
G.S. Bali et al.
- "The strangeness contribution to the proton spin from Lattice QCD'' PRL
G.S. Bali et al.
