„Minerva“
wird Gravitationswellen schneller als der bisherige Supercomputer des Instituts
berechnen
Am
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) wurde
der neue Supercomputer „Minerva“ in Betrieb genommen. Mit
9.504 Rechnerkernen, 38 TeraByte Arbeitsspeicher und einer
Rechenleistung von 320,4 TeraFlop/s ist der Großrechner mehr als sechsmal
so leistungsfähig wie das Vorgängermodell. Damit können die Wissenschaftler der
Abteilung „Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie“ nun
deutlich mehr Gravitationswellenformen berechnen und komplexere Simulationen
durchführen.
Minerva
soll Einsteins Gleichungen lösen
Der
neue Großrechner – benannt nach der römischen Göttin der Weisheit – wird vor
allem für die Berechnung von Gravitationswellen verwendet. Wenn massereiche
Objekte wie Schwarze Löcher und Neutronensterne verschmelzen, entstehen diese
erstmals im September 2015 direkt gemessenen Kräuselungen in der Raumzeit. Um
die genauen Wellenformen der abgestrahlten Gravitationswellen zu ermitteln,
müssen die Forschenden Einsteins komplizierte, nicht-lineare Feldgleichungen
mit numerischen Methoden auf Großrechnern wie Minerva lösen. Das AEI arbeitet seit
vielen Jahren an vorderster Front in diesem Bereich und seine Forschenden
machen wichtige Beiträge zu den dort verwendeten Software-Werkzeugen.
Um
die schwachen Signale im Rauschen des Detektors zu entdecken und um
Informationen über die astrophysikalischen und kosmologischen Eigenschaften der
Quelle aus ihnen zu ziehen, berechnen die Wissenschaftler die Verschmelzung
unterschiedlicher Doppelsysteme wie beispielsweise zwei Schwarze Löcher oder
ein Neutronenstern und ein Schwarzes Loch mit unterschiedlichen Kombinationen
von Massenverhältnissen und Eigendrehungen.
„Solche
Berechnungen sind sehr rechenaufwändig. Die Simulation der ersten von LIGO
gemessenen Gravitationswelle dauerte – noch auf unserem vorherigen Großrechner
Datura – drei Wochen“, sagt AEI-Direktorin Prof. Alessandra Buonanno. „Minerva
ist deutlich schneller. So können wir zügig auf neue Detektionen am
Gravitationswellendetektor Advanced LIGO reagieren und auch mehr Signale
berechnen.“
Bereit
für die zweite Messkampagne der Gravitationswellen-Detektoren
Die
Gravitationswellen-Detektoren Advanced LIGO in den USA (aLIGO) und GEO600 in
Ruthe bei Hannover haben am 30. November 2016 ihren zweiten Beobachtungslauf
(„O2“) begonnen. aLIGO ist nun empfindlicher als je zuvor: die Detektoren sind
in der Lage, Signale aus einer 20% größeren Entfernung zu detektieren als im
ersten Beobachtungslauf O1. Damit erhöht sich die Ereignisrate um mehr als 70%.
Vor
O2 haben Forschende der Abteilung die Fähigkeiten der aLIGO-Detektoren
verbessert, Parameter der Gravitationswellenquellen zu beobachten und
abzuschätzen. Für die Suche nach Verschmelzungen binärer schwarzer Löcher haben
sie ihre Wellenformmodelle verfeinert. Dabei nutzten sie eine Synergie zwischen
numerischen und analytischen Lösungen der Einsteinschen Gleichungen der
Allgemeinen Relativitätstheorie. Sie kalibrierten analytische Näherungslösungen
(die fast augenblicklich berechnet werden können) mit präzisen numerischen
Lösungen (die auch auf leistungsfähigen Computern sehr lange dauern). Dies
ermöglicht es den AEI-Forschenden, die verfügbare Rechenleistung effektiver zu
nutzen, schneller zu suchen, mehr potenzielle Signale verschmelzender Schwarzer
Löcher in O2 zu entdecken und ihre Quellen zu bestimmen. AEI-Forschende haben
auch Simulationen von Verschmelzungen binärer Neutronensterne und Bosonensterne
durchgeführt. Bei diesen können gleichzeitig elektromagnetische Strahlung und
Gravitationswellen beobachtet werden, und sie können für neue präzise Tests der
Einsteinschen Relativitätstheorie genutzt werden.
Technische
Daten des Minerva-Clusters
Minerva
läuft mit einem Linux-Betriebssystem und hat die folgenden
Spezifikationen:
- 594 Rechnerknoten, jeder mit 2x 8-core Intel®
Xeon®-Prozessoren E5-2630v3 (2.4 GHz) und 64 GB DDR4 RAM; insgesamt 9504
CPU-Kerne
- Netzwerk: Intel Omni-Path interconnect (58 Gb/s
node-switch, 100 Gb/s switch-switch)
- 500 TB BeeGFS paralleles Dateisystem
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