Cluster-Computer (High Performance Computing)
Final Report Abstract
Seit über zwei Jahrzehnten werden praktische Probleme der Elektrotechnik erfolgreich mit Hilfe von Computersimulationen gelöst. Die rasante Entwicklung der Computer-Hardware ermöglichte dabei die Behandlung von Problemen, die bisher unlösbar erschienen. Um die jeweils aktuellen Computer für das wissenschaftliche Arbeiten einsetzen zu können, müssen gleichzeitig auch geeignete Simulationsprogramme entwickelt werden, um die verfügbare Rechenleistung nutzbar zu machen. Mit dieser Aufgabe beschäftigt sich das Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder der Technischen Universität Darmstadt seit vielen Jahren. Die Beschaffung des Cluster-Computers „Wakefield“ ermöglichte uns die Weiterentwicklung institutseigener Codes für moderne, massiv-parallele Computer-Architekturen und den Einsatz für Probleme aus der Grundlagenforschung, die bisher auf dem Computer nicht handhabbar waren. So wurden weltweit einmalige Simulationen zur Entstehung von Wakefeldern in Teilchenbeschleunigern durchgeführt, die direkt in die Planung des Forschungsgerätes XFEL bei DESY in Hamburg eingehen. Für das gleiche Projekt wurden auch elektromagnetische Eigenschwingungen in Beschleuniger-Resonatoren mit bisher nicht gekannter Genauigkeit berechnet. Auch für die vielversprechende Weiterentwicklung der Teilchenbeschleuniger, die Plasma-Wakefeld-Beschleunigung, wurden grundlegende Untersuchungen durchgeführt. Zudem konnten alltäglichere Probleme, wie der Einfluss eines Blitzeinschlags auf ein fliegendes Verkehrsflugzeug, auf einen Menschen im Auto oder auf freiem Feld untersucht werden. Weiterhin wurden Wirbelstromeffekte für die supraleitenden Magnete des großen Synchrotrons des FAIR-Projekts bei GSI untersucht, die bisher in der Auslegung nicht berücksichtigt werden konnten. Bisher wurden bei den Simulationen die Synchrotronmagnete lediglich im zweidimensionalen Querschnitt untersucht. Um den Einfluss der Spulenköpfe zu quantisieren, ist jedoch eine Simulation in allen drei Dimensionen nötig. Diese Simulationen erfordern sowohl viel Arbeitsspeicher, als auch viel Rechenleistung. Somit konnten diese Rechnungen nur mit einem großen Cluster-Rechner in Angriff genommen werden. Zudem hat die Möglichkeit zur Code-Entwicklung und -Anwendung auf dem institutseigenen Cluster erheblich zur Doktorandenausbildung beigetragen.
Publications
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- Efficient Large Scale Electromagnetics Simulations Using Dynamically Adapted Meshes with the Discontinuous Galerkin Method. Journal of Computational and Applied Mathematics, 2011, pp. 1-16
S. Schnepp, T. Weiland
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S. Koch, T. Weiland
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E. Gjonaj, T. Weiland
- Various Approaches to Electromagnetic Field Simulations for RF Cavities. Proceedings of the 2nd International Particle Accelerator Conference, 2011, pp. 2226-2228
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- High Presision Cavity Simulations. Proceedings of the 11th International Computational Accelerator Physics Conference, 2012, pp. 1-5
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- Spitzenforschung mit Ausstrahlung. forschen, Wissenschaftsmagazin der Technischen Universität Darmstadt, 2012, pp. 12-17
N. Pietralla, L. von Smekal, J. Wambach, T. Weiland
- Three-Dimensional Simulations of an Induction Motor Including Eddy Current Effects in Core Laminations. IET Science, Measurement and Technology, 2012, pp. 1-6
H. V. Jorks, E. Gjonaj, T. Weiland, O. Magdun
