Rozhovory představují vědkyně a vědce, kteří využívají superpočítače IT4Innovations.
Andrea Nedělníková: „Superpočítač je pro mě most mezi rovnicemi a chováním biomolekul“
Andrea Nedělníková působí na VŠB-TUO jako doktorandka v oboru Informatika a výpočetní vědy. Současně pracuje v Českém institutu výzkumu a pokročilých technologií CATRIN v Olomouci ve skupině zaměřené na simulace biostruktur. Zatímco dříve si svou budoucnost představovala v laboratoři, dnes využívá výpočetní chemii jako „mikroskop“ na úrovni atomů ke studiu interakcí léčiv nebo nanomateriálů. Díky superpočítačům Karolina a LUMI získává výsledky v řádu dnů namísto týdnů.
Ve svém výzkumu se zabývám studiem biostruktur – tedy nukleových kyselin, lipidů a proteinů, zkrátka molekul, které tvoří naše tělo – a jejich interakcemi s léčivy nebo nanomateriály. Než se nové léčivo či materiál začne používat v medicíně, je nutné důkladně prozkoumat jeho účinky i nežádoucí dopady.
Ve své práci používám počítač jako „mikroskop“ na úrovni atomů. Pomocí metod výpočetní chemie sleduji, jak se molekuly chovají a vzájemně ovlivňují. A právě tyto výpočty provádí superpočítač. Rozdíl je zásadní. Když jsem počítala na slabších strojích, výsledky jsem měla v řádu týdnů, teď mohu s pomocí superpočítačů výsledky analyzovat po pár dnech. A to mi otevírá možnosti pro komplexnější výzkum. SUPERpočítač opravdu SUPERrychle dodává výsledky výpočtů. Což je SUPER.
Před nástupem na vysokou školu jsem o superpočítačích téměř nic nevěděla. Poprvé jsem se s nimi setkala v kontextu výpočetní chemie na jedné z úvodních přednášek. Jako nadšená chemička jsem si tehdy představovala svou budoucnost výhradně v laboratoři v bílém plášti – chemik u počítače mi připadal téměř absurdní. Uzavření škol během pandemie covidu-19 však změnilo mou profesní dráhu. Dnes si svou práci bez superpočítače už nedokážu představit.
Základní chemické výpočty sice zvládne i běžný notebook nebo stolní počítač. Superpočítač je však provádí mnohem rychleji a umožňuje pracovat s většími a složitějšími systémy. Díky tomu získávám výsledky nejen rychleji, ale mohu také realizovat větší množství simulací, což výrazně zvyšuje kvalitu a hloubku výzkumu.
Vhled do chování atomů – základních stavebních prvků hmoty – mi pomáhá lépe chápat procesy probíhající v organismech, což může přispět k vývoji účinnějších či zcela nových léčiv a také k přípravě nových materiálů. Studovali jsme například chování doxorubicinu (léčiva používaného při léčbě rakoviny) v interakci s DNA nebo polymyxinu (antibiotika) s bakteriální membránou. V současnosti se věnuji také studiu grafenu pro využití v elektrodách určených k hluboké mozkové stimulaci u pacientů s Parkinsonovou chorobou. S těmito výzkumy mi pomáhá nejen ostravský superpočítač Karolina, ale právě i LUMI instalovaný ve finském Kajaani.
Debora Lančová: „Superpočítač je pro mě jako laboratoř, kterou na Zemi postavit nemůžeme, ale takto si ji můžeme vymodelovat“
Debora Lančová působí na Výzkumném centru počítačové fyziky a zpracování dat (Astrocomp) na Fyzikálním ústavu Slezské univerzity v Opavě. Momentálně je na dvouletém výzkumném pobytu v Astronomickém centru Mikuláše Koperníka (NCAS) ve Varšavě, který je součástí postdoktorandského grantu GAČR. Zabývá se tím, jak se chová hmota v těsné blízkosti černých děr, a hledá stopy tohoto chování v datech z jasných rentgenových hvězd.
Modeluji tok magnetizovaného plynu – plazmatu v těsném okolí černých děr, kde platí Einsteinova obecná teorie relativity. Plazma tam dosahuje extrémních teplot a gravitace je tak silná, že se z něj uvolňuje obrovské množství energie. Tu pak zachycujeme rentgenovými vesmírnými dalekohledy. Zároveň je to jediný způsob, jak se o černých dírách vůbec něco dozvědět – samotnou černou díru totiž pozorovat nelze, vidíme jen to, jak ovlivňuje hmotu kolem sebe.
Abychom mohli modelovat, co se děje v okolí černé díry, musíme najednou řešit velké množství rovnic – pro pohyb látky, pro magnetické pole i pro vliv záření. Metoda, kterou používám, funguje tak, že celý prostor kolem černé díry rozdělím na miliony malých buněk a počítám, jak vše proudí mezi nimi. Takový výpočet je pro superpočítač jako dělaný – dá se totiž přirozeně rozložit mezi obrovské množství výpočetních jader, které poskytuje.
Se superpočítačem jsem se poprvé setkala při magisterském studiu na Fyzikálním ústavu. Tam jsem dostala zadání seminární práce, kde jsem měla řešit pohyb několika tisíc částic kolem černé díry. Když jsem to na svém tehdejším notebooku spustila, zjistila jsem, že budu na výsledky čekat více než týden. Požádali jsme tehdy o výpočetní čas na superpočítačích IT4Innovations a vidět ten obrovský výkon bylo neuvěřitelné. Stejně tak to, jak je používání superpočítače jednoduché a dostupné pro vědeckou komunitu, je to obrovská výhoda.
Nejvíce mě tehdy překvapilo, že práce se superpočítačem se od práce na běžném počítači tolik neliší. Co mě stále nepřestává překvapovat je, jak rychle se technologie vyvíjí a mění.
Zkoumám, jak se chová hmota v podmínkách, které jsou tak extrémní, že je na Zemi nedokážeme vytvořit. Díky moderním vesmírným observatořím ale můžeme výsledky svých simulací porovnat s tím, co skutečně pozorujeme ve vesmíru, a ověřit tak naše teorie.
Ivana Miháliková: „Superpočítač je pro mě jako trenažér kvantového počítače“
Ivana Miháliková je vědeckou pracovnicí na Univerzitě Mateja Bela v Banské Bystrici a na Slovenské akademii věd v Bratislavě. Ve svém výzkumu se zaměřuje na kvantové algoritmy a využívá superpočítače k simulaci jejich chování, protože dnešní kvantové počítače jsou ještě chybové a omezené. „Ještě že máme superpočítače,“ si poprvé řekla, když poprvé systematicky porovnávala chování algoritmu při různých nastaveních a s přidaným šumem. Superpočítač jí umožňuje testovat scénáře paralelně a bezpečně zkoušet kvantové algoritmy, než je pošle do „reálného kvantového světa“.
Superpočítače využívám zejména k tomu, abych simulovala chování kvantového počítače. Testuji kvantové algoritmy, které by v budoucnu mohly počítat vlastnosti materiálů efektivněji než běžné metody, ale protože dnešní kvantové počítače jsou ještě chybové a omezené, potřebuji jejich chování nejprve detailně zkoumat pomocí simulací na superpočítačích.
Simulovat kvantový počítač na klasickém počítači je extrémně náročné, protože složitost roste exponenciálně s počtem qubitů (quantum bit). Už relativně malé kvantové obvody mohou na běžném PC trvat velmi dlouho nebo se nevejdou do paměti. Superpočítač je pro mě klíčový, protože mi umožňuje simulovat větší obvody a více qubitů, porovnávat různá nastavení algoritmů a parametrů tak, aby výsledky byly spolehlivé. S těmito simulacemi dokážeme odhadnout, co kvantové algoritmy reálně zvládnou na současných kvantových zařízeních.
„Ještě že máme superpočítače,“ jsem si poprvé řekla ve chvíli, kdy jsem chtěla systematicky porovnat chování algoritmu při různých nastaveních a s přidaným šumem. Z jednoho výpočtu se rychle stanou desítky až stovky běhů, a tehdy je jasné, že bez superpočítače by to nebyl projekt na pár dní, ale na nepřiměřeně dlouhou dobu.
Nejvíce mě překvapilo, že superpočítač není jen „hodně výkonu“, ale hlavně efektivní způsob práce. Umožňuje paralelně testovat scénáře, porovnávat výsledky a posouvat výzkum systematicky dopředu, aniž bych měsíce čekala na jeden výstup.
Snažím se zjistit, jak budou kvantové počítače v budoucnu pomáhat při vývoji nových materiálů a technologií. Protože dnešní kvantové počítače ještě dělají chyby, používám superpočítače k jejich simulaci, abychom už dnes věděli, které přístupy mají reálný potenciál přinést konkrétní využití v praxi.
Martin Vrábel: „Superpočítač je pro mě urychlovač času“
Martin Vrábel pracuje v IT4Innovations od roku 2017 a věnuje se výzkumu proudění kapalin a plynů v různých technických systémech. Superpočítače mu pomáhají s detailními výpočetními modely, díky nimž může studovat zařízení v různých konfiguracích a provozních stavech. Umožňují mu řešit komplexní úlohy během několika dnů místo měsíců.
Jsem absolventem Slovenské technické univerzity v Bratislavě a VŠB – Technické univerzity Ostrava. Superpočítače v IT4Innovations využívám především pro výzkum proudění kapalin a plynů v různých technických systémech a zařízeních. Vytvářím detailní výpočetní modely, které propojují specializovaný simulační software s vysokým výpočetním výkonem superpočítačů. Během svého působení v IT4Innovations jsem se podílel například na projektech zaměřených na vodní čerpadla, turbíny, spalovací zařízení, elektrolyzéry či palivové články.
Superpočítače jsou pro mě klíčové, protože mi umožňují studovat tato zařízení v různých geometrických konfiguracích a provozních stavech. Teoreticky lze podobné simulace provádět i na běžné pracovní stanici, ale výpočetní výkon superpočítačů mi poskytuje výrazně větší volnost při nastavování modelů, práci s detailními fyzikálními popisy a především šetří čas. Díky tomu mohu během krátké doby porovnat velké množství variant a rychleji dospět k relevantním výsledkům.
Na začátku jsem superpočítače využíval postupně – od samotného zřízení přístupu až po práci s větším počtem výpočetních uzlů. V této fázi pro mě byla klíčová podpora kolegů, kteří mi výrazně pomohli se zorientovat a pochopit celý ekosystém výpočtů. I dnes si bez superpočítačů svou práci nedokážu představit.
Největší posun pro mě představovaly projekty realizované ve spolupráci se společnostmi jako Sigma Lutín, Siemens či v rámci celouniverzitních výzkumných aktivit. Právě u těchto projektů jsem si naplno uvědomil, jak zásadní roli superpočítače hrají – umožňují řešit komplexní úlohy, které by jinak nebylo možné efektivně zvládnout. Všechny dosažené výsledky, publikace i projekty proto vnímám jako společný úspěch týmu a zároveň jako potvrzení toho, že „ještě že máme superpočítače“.
Na práci se superpočítači mě překvapilo, jak efektivně lze díky této infrastruktuře řešit velmi komplexní úlohy v relativně krátkém čase. V minulosti jsem využíval superpočítače Salomon a Barbora, v současnosti počítám na superpočítači Karolina.
Největší přínos své práce pro společnost vidím v optimalizaci průmyslových strojů a zařízení, případně v jejich návrhu v digitální podobě. Díky počítačovým simulacím lze tyto modely ověřovat a ladit pomocí experimentálních dat ještě před jejich uvedením do reálného provozu.
Michael Komm a výzkum tokamaků
Michael Komm je vedoucí oddělení fyziky vysokoteplotního plazmatu na Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR v Praze. Zabývá se výzkumem jaderné fúze – konkrétně tím, jak ochránit první stěnu budoucích termojaderných reaktorů před extrémními tepelnými toky z horkého plazmatu. Kromě experimentů na tokamacích se zabývá i modelováním interakce plazmatu s komponentami první stěny. K tomu využívá služby řady superpočítačů, včetně IT4Innovations (IT4I).
Vzpomínáte si, kdy jste se poprvé setkal se superpočítačem?
První a jediný superpočítač, který jsem kdy navštívil bylo právě IT4I v Ostravě při příležitosti jeho uvedení do provozu. Budova a vybavení superpočítačového sálu ve mne zanechaly velmi pozitivní dojem. Prohlídka sálu v atmosféře se sníženým obsahem kyslíku byl i trochu adrenalin. :)
Které superpočítače v IT4Innovations jste využil?
Na IT4I počítám již léta, využil jsem stroje Anselm, Salomon a Karolina. V zahraničí počítám na evropském superpočítači Marconi (Cineca, Itálie) a pak na japonském JFRS.
Který superpočítač IT4Innovations v současnosti pro svůj výzkum využíváte a jaký význam má pro vaši práci?
V současné době využívám stroj Karolina pro particle-in-cell simulace interakce fúzního plazmatu se stěnou. Snažím se charakterizovat vliv srážek mezi částicemi plazmatu na dopadající tepelné a částicové toky a na termionický proud elektronů, který mohou do plazmatu vysílat wolframové komponenty pokud se zahřejí na teplotu blízkou bodu tavení. Tento scénář může v budoucnu nastat například na tokamaku ITER, pokud by tepelné toky na jeho wolframové desky překročily nominální míru. Je důležité zkoumat, co by se v takovém případě dělo a jaké by to mělo důsledky pro životnost desek i kvalitu plazmového výboje.
Můžete se podělit o úspěch, na který jste obzvláště hrdý?
Minulý rok se mi ve spolupráci s kolegy z několika evropských fúzních laboratoří podařilo na německém tokamaku ASDEX Upgrade experimentálně dokázat, že tepelné toky pocházející z okrajových nestabilit plazmatu (tzv. ELMů) se dají významně snížit za pomocí vstřikování argonu do plazmatu. Tento postup byl v komunitě dlouho považován za neschůdný díky předpovědím numerického modelování. Nicméně ve fyzice plazmatu pořád platí, že experiment je o krok napřed před modelováním :)
Před několika lety se mi s kolegy a kolegyněmi ze Švédska podařilo rozšířit prediktivní model termionického proudu unikajícího z horké stěny (například wolframové) pro plazmata s magnetickým polem. K tomu bylo potřeba provést sérii náročných simulací z nichž velká část se počítala právě na IT4I. Chtěl bych tímto IT4Innovations poděkovat za dlouhodobé poskytování výpočetních prostředků!
Štěpán Sklenák a výzkum zeolitů
Jeho současný výzkum se zaměřuje na kvantově-chemické výpočty zeolitů s cílem modelovat jejich strukturu, reaktivitu, katalytickou aktivitu a vlastnosti.
V roce 2020 obdržel nejprestižnější české vědecké ocenění – Cenu společnosti Česká hlava PROJEKT, cenu Invence spolu s Dr. Jiřím Dědečkem a Dr. Edytou Tábor za vytvoření a popis struktury a reaktivity nových, unikátních typů reakčních kationtových center s přechodnými kovy v zeolitové matrici a jejich použití při oxidaci metanu na methanol.
Vzpomínáte si, kdy jste se poprvé setkal se superpočítačem?
Používat jsem začal až superpočítače v IT4Innovations v Ostravě, nicméně v roce 1999 jsem viděl vystavený vyřazený CRAY superpočítač na konferenci v Boulder, CO v USA, zřejmě (už je to 25 let) to bylo v této instituci, společně s výstavou o zakladateli firmy Cray panu Seymour Cray.
Které superpočítače v IT4Innovations jste využil?
Anselm, Salomon, Karolina a LUMI.
Který superpočítač IT4Innovations v současnosti pro svůj výzkum využíváte a jaký význam má pro vaši práci?
Momentálně používám Karolinu a LUMI k výpočtům realistických modelů zeolitů. Využití superpočítače v porovnání s pracovní stanicí (t.j. serverem) umožní výpočty zeolitů s větší jednotkovou celou a dále i použití komplexnějších výpočetních modelů a výpočetně náročnějších postupů výpočtů. Výpočty s realistickými výpočetními modely umožní odhadnou realistické hodnoty reakční energie a rychlosti chemických reakcí katalyzované zeolity, adsorpční energie molekul na zeolitech, NMR a vibrační spektra zeolitů a adsorbovaných molekul na zeolitech.
Můžete se podělit o úspěch, na který jste obzvláště hrdý?
Cena společnosti Česká hlava PROJEKT, cena Invence spolu s Dr. Jiřím Dědečkem a Dr. Edytou Tábor.
Důležité je zdůraznit, že celá idea štěpení molekulárního kyslíku (tj. O2) vznikla při mém výpočetním modelování a teprve následně byla potvrzena experimenty.
Jiří Klimeš a molekulární krystaly
Jiří Klimeš pracuje na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy, kde vede menší výzkumnou skupinu na Katedře chemické fyziky a optiky. Zabývají se vývojem přesných výpočetních metod pro výpočty vlastností materiálů a jejich použitím. V současnosti se hlavně věnují molekulárním krystalům, což jsou například některá léčiva nebo krystaly jednodušších molekul jako je voda nebo oxid uhličitý.
Vzpomínáte si, kdy jste se poprvé setkal se superpočítačem?
První zkušenosti s výpočty na vzdálených počítačích jsem získal během studií, během nichž jsem využíval služby Metacentra. To umožňuje využívat stroje různých institucí v České republice, v té době to byly servery s desítkami procesorů. Prvním superpočítačem, na kterém jsem pracoval, byl HECToR ve Velké Británii. Ten měl procesorů přes deset tisíc a v roce 2007 byl sedmnáctý nejvýkonnější na světě. V té době jsme studovali chování vody na povrchu soli a potřebovali jsme provádět velké množství náročných výpočtů. Přístup k superpočítači nám práci velmi zefektivnil a umožnil nám pochopit základní principy, kterými se chování vody a soli řídí.
Které superpočítače v IT4Innovations jste využil?
Na strojích v IT4Innovations (IT4I) pracuji téměř od jejich začátku, první žádost o výpočetní čas jsem podával v roce 2015, kdy byl spuštěn superpočítač Salomon. Byla to vlastně první příležitost žádat o výpočetní čas po mém návratu ze zahraničí. Rád jsem ji využil, neboť velká část našeho výzkumu potřebuje náročné výpočty a bez existence IT4I by byla situace pro mne po návratu o mnoho složitější. Od té doby využíváme v podstatě vše, co je v IT4I dostupné.
Který superpočítač IT4Innovations v současnosti pro svůj výzkum využíváte a jaký význam má pro vaši práci?
Naše výpočty se dají rozdělit do dvou typů, jedny jsou velmi náročné na paměť počítače a druhé jsou méně náročné, ale zase jich je větší množství. Pomocí obou typů se snažíme hlavně pochopit přesnost simulací pro popis síly vazeb mezi molekulami. Výpočty náročné na paměť provádíme hlavně na Karolině, přičemž využíváme najednou až desítky jednotlivých serverů, ze kterých se Karolina skládá. To nám umožňuje využívat přes 10 TB výpočetní paměti, tedy asi tisíckrát více než je v běžných počítačích. Hojně využíváme také Barboru, jelikož jsme pro její procesory optimalizovali jeden z našich výpočetních programů.
Můžete se podělit o úspěch, na který jste obzvláště hrdý?
Zmínil bych článek, který jsme v loňském roce publikovali s mým postdokem a ve kterém jsme analyzovali jeden typ chyb našich výpočtů. Při výpočtu vazeb mezi molekulami často zanedbáme elektrony, které se nacházejí blízko atomových jader, nebo jejich popis zjednodušíme. To nám umožní řádově zrychlit naše výpočty, ale způsobí jisté chyby vypočtených hodnot. Při výpočtech jsme buď museli tyto chyby akceptovat, nebo použít přesnější a výpočetně náročnější popis oněch elektronů. V našem článku jsme se podívali na to, jak chyba vzniká a vyvinuli způsob, jak ji podstatně snížit. I když se jedná o velmi "technické" téma, považuji je za důležité, neboť snad přispěje ke zvýšení spolehlivosti dat, která jsou publikována v literatuře.
Martin Friák a vývoj nových materiálů
Martin Friák pracuje jako vedoucí skupiny v Ústavu fyziky materiálů Akademie věd České republiky v Brně. Na Masarykově univerzitě vystudoval fyziku pevných látek, a to jak magisterské, tak PhD studium. Hned po doktorátu odjel do zahraničí a 11 let působil ve dvou ústavech společnosti Maxe Plancka v Německu. Od roku 2013 pracuje zase v Brně. Je teoretik, věnuje se výpočetní materiálové vědě a teorií vedenému vývoji nových materiálů. Učí na Masarykově univerzitě i Vysokém učení technickém v Brně. V posledních letech tým rozšiřuje výpočty z klasických (super)počítačů i na počítače kvantové.
Vzpomínáte si, kdy a jak jste se poprvé setkal se superpočítačem?
Poprvé jsem měl tu úžasnou možnost být přímo „na sále“ superpočítače již před několika lety a to právě díky IT4Innovations – jako účastník pravidelné podzimní konference uživatelů IT4Innovations. Bylo vynikající zažít to, co většinou známe jen z hollywoodských „trháků“ (v posledních letech to byl třeba nezapomenutelný Marťan, kde je poněkud nadsazená scéna přímo ze superpočítačového sálu).
Které superpočítače v IT4Innovations jste využil?
V naší práci nám nesmírně pomáhá hlavně Karolina a Barbora, ale jak jsme věrnými a spokojenými uživateli IT4Innovations již celá dlouhá léta, počítali jsme i na Anselmovi a Salomonovi, když byly tyto stroje ještě v provozu.
Který superpočítač IT4Innovations v současnosti pro svůj výzkum využíváte a jaký význam má pro vaši práci?
V rámci jednoho z projektů podporovaných Grantovou agenturou ČR počítáme nanočástice pro lékařské aplikace (léčbu nádorových onemocnění pomocí hypertermie) a to konkrétně na Barboře. Karolina nám zase pomáhá se simulacemi běhu kvantových počítačů v rámci spolupráce s Massachusettským technologickým institutem (MIT) z USA.
Můžete se podělit o úspěch, na který jste obzvláště hrdý?
Pro můj výzkum jsem pro období 2024–2029 získal celkem 30 milionů korun v rámci tzv. Akademické prémie, jako nejvyššího ocenění, které Akademie věd uděluje. Už se moc těším na rozvoj hybridní materiálové výpočetní vědy (kombinující klasické a kvantové počítače s nástroji umělé inteligence) a její využití při vývoji nových materiálů.
Jakub Šístek a matematické algoritmy pro vysoce výkonné výpočty
Jakub Šístek se zabývá matematickými algoritmy pro vysoce výkonné výpočty, jako jsou paralelní řešiče pro numerickou lineární algebru, škálovatelné metody doménové dekompozice a aplikace na problémy strukturální mechaniky a výpočetní dynamiku tekutin. Rovněž se zajímá o identifikaci a vizualizaci vírů v proudících tekutinách. V současné době je vedoucím Oddělení konstruktivních metod matematické analýzy na Matematickém ústavu Akademie věd České republiky a odborným asistentem na Katedře aplikované matematiky Fakulty informačních technologií Českého vysokého učení technického v Praze. Dříve pracoval na univerzitách v Denveru, Cambridge a Manchesteru. Doktorát z oboru Matematické a fyzikální inženýrství získal na Fakultě strojní Českého vysokého učení technického v roce 2008. Je nositelem Ceny Iva Babušky (2009) a Prémie Otto Wichterleho (2013).
Vzpomínáte si, kdy jste se poprvé setkal se superpočítačem?
Poprvé jsem použil superpočítač v roce 2005, a to během pobytu v Edinburgh Parallel Computing Centre (EPCC) v rámci projektu HPC Europa. Tento superpočítač se jmenoval HPCx a byl to IBM eServer p5. Byl však umístěn v Daresbury Laboratory, takže nemohu říci, že jsem ho viděl na vlastní oči. Během pobytu v Denveru v roce 2007 jsem začal používat superpočítač Frost, systém IBM BlueGene, v NCAR v Boulderu. První superpočítač, který jsem skutečně viděl na vlastní oči, byl Pleiades v NASA Ames Research Center, který byl čtvrtým nejrychlejším superpočítačem na světě v roce 2009.
Které superpočítače v IT4Innovations jste využil?
Superpočítače IT4I využívám téměř nepřetržitě od samého počátku centra. První schválenou projektovou žádost jsem podal v první grantové soutěži IT4I. Na superpočítači Anselm jsem spouštěl srovnávací testy našich kódů a spustil některé z našich simulací. Na Salomonu jsem realizoval mnoho rozsáhlých výpočtů a společně s kolegy nyní intenzivně využíváme Karolinu pro náš výzkum. Nedávno jsme do našeho hlavního softwaru, knihovny řešičů BDDCML, přidali podporu GPU a kromě toho, že nyní běží na akcelerovaných uzlech Karoliny, se těšíme, že v příštích měsících spustíme naše výpočty na superpočítači LUMI.
Který superpočítač IT4Innovations v současnosti pro svůj výzkum využíváte a jaký význam má pro vaši práci?
Společně s kolegy pravidelně provádíme rozsáhlé simulace na tisících CPU. Proto jsme spokojení uživatelé Karoliny, kterou využíváme jako hlavní výpočetní zdroj. Náš výzkum se primárně zaměřuje na vývoj nových škálovatelných metod pro výpočetní mechaniku tekutin a pevných látek. Tyto metody jsou založeny na technikách doménové dekompozice a matematických algoritmech, které jsou přizpůsobené paralelnímu zpracování. Mnoho našich simulací jsou rozsáhlé testy škálovatelnosti těchto metod, zatímco druhou kategorií náročných problémů jsou časově závislé simulace proudění. Datové sady generované těmito simulacemi využíváme k hodnocení nových metod pro identifikaci vírů, což je další výzkumný směr našeho týmu.
Můžete se podělit o úspěch, na který jste obzvláště hrdý?
Jako doktorand a postdoktorand jsem měl úžasnou příležitost získat skvělé zkušenosti z univerzit v Denveru, Cambridge a Manchesteru. Během těchto pobytů jsem navázal na téma, kterým jsem se zabýval už ve své disertační práci, a prohloubil jej směrem k matematice, strojnímu inženýrství a vysoce výkonným výpočtům. Jsem rád, že většina těchto spoluprací je stále aktivní. Například nedávno jsme publikovali článek o škálovatelné metodě pro inženýrské simulace, která nevyžaduje složité generování výpočetních sítí. Na článku jsme pracovali s kolegy z University of Cambridge osm let a efektivitu metody jsme demonstrovali prostřednictvím paralelních výpočtů prováděných na superpočítačích Salomon a Karolina. Článek je dostupný jako open-access na https://doi.org/10.1016/j.cad.2024.103730.
Martin Zelený a kvantově-mechanické výpočty magnetických slitin s tvarovou pamětí
Ing. Martin Zelený, Ph.D. pracuje na Ústavu materiálových věd a inženýrství (Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně) jako vedoucí Odboru strukturní a fázové analýzy. Jeho výzkumným zaměřením jsou kvantově-mechanické výpočty a simulace termodynamické stability a mechanických a magnetických vlastností progresivních materiálů. Konkrétně se zabývá magnetickými slitinami s tvarovou pamětí, které vykazují spontánní makroskopickou deformaci, jsou-li vloženy do magnetického pole. Rovněž se zabývá materiály s vysokou entropií, které díky tomu, že seskládají z velkého množství chemických prvků, mohou vykazovat neočekávané vlastnosti.
Vzpomínáte si, kdy jste se poprvé setkal se superpočítačem?
Moje první setkání se superpočítačem bylo již při vypracovávání vlastní diplomové práce na Fakultě chemické (VUT v Brně), kde jsme měli malý počítačový cluster, ale opravdový velký superpočítač, který jsem používal při vypracovávání své disertační práce, byl pod správou MetaCentra.
První prohlídku superpočítačového sálu jsem absolvoval během doktorského studia při návštěvě Forschungzentrum Jülich, kde jsem navštívil počítač Jugene.
Které superpočítače v IT4Innovations jste využil?
Postupně jsem při své práci využil všechny superpočítače kromě NVIDIA DGX-2.
Který superpočítač IT4Innovations v současnosti pro svůj výzkum využíváte a jaký význam má pro vaši práci?
Nyní využívám superpočítač Karolina a dále superpočítač LUMI ve Finsku, bez kterých není možné kvantově-mechanické výpočty provádět. K těmto výpočtům používáme program VASP (Vienna Ab initio Simulation Package), který u umožňuje výpočty elektronové struktury, meziatomových interakcí a totální energie studovaných materiálů stejně jako optimalizaci jejich krystalové struktury. Takto získaná data jsou následně využívána k predikci makroskopických vlastností těchto materiálů.
Můžete se podělit o úspěch, na který jste obzvláště hrdý?
Jako svůj největší úspěch považuji studium magnetických slitin s tvarovou pamětí – konkrétně slitiny Ni2MnGa, kde jsem spolu s kolegy z Akademie věd ČR a finské LUT (University of Lappeenranta) jednak popsal vliv dopování na stabilitu nízkoteplotní fáze martenzitu, a také jsem zjistil nutnost používání korekcí pro zlepšení přesnosti kvantově-mechanických výpočtů pro tuto slitinu. Tento výzkum začal na mém post-doktorském pobytu ve Finsku na Aalto University a pokračuje dále při mém působení na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně, kde byl podpořen projektem GAČR. Velice významný pro můj profesní rozvoj byl také post-doktorský pobyt na University of Vienna, kde byl program VASP vyvinut, a mohl jsem se ho tak naučit používat přímo od jeho autorů.