Public Resource Computing – Mit dem Heimcomputer auf der Suche nach dem Speicherbaustein von morgen

Die Realität im Computer zu simulieren, bedeutet hochkomplexe mathematische Probleme in endlicher Zeit zu lösen. "High Performance Computing"  nennt sich das Forschungsgebiet, dass sich mit wissenschaftlichem Hochleistungsrechnen beschäftigt. Wie der Name schon verrät, verlangt diese Disziplin nach größter Rechenleistung, die man üblicherweise nur in einigen wenigen exklusiven Supercomputerzentren dieser Welt vorfindet. In diesen viele Millionen Euro teuren Rechenanlagen werden tausende von Prozessoren zusammengeschaltet, um Höchstleistung für z.B. Klimasimulationen zu liefern. Dabei wird völlig außer Acht gelassen, dass die größte Rechenleistung nicht an einem Ort konzentriert, sondern auf viele hundert Millionen Computer und Spielekonsolen in Haushalten rund um die Welt verteilt ist. Man erwartet für das Jahr 2010 mehr als 500.000.000 mit dem Internet verbundene Personalcomputer!

"Public-Resource Computing" oder auch "@home Computing" nennt sich ein neuer Vorstoß, der diese gewaltige "öffentliche" Rechenleistung für umfangreiche wissenschaftliche Simulationen nutzbar machen will (siehe Bild 1). Das bekannteste Projekt dieser Art ist "SETI@home", das sich mit der Suche nach außerirdischem Leben beschäftigt und weltweit bereits über 650.000 teilnehmende Computer zählt.



Im Projekt "Spinhenge@home" entwickelt das Team um Prof. Dr. Christian Schröder eine Software mit der sich jeder von zu Hause aus an der Erforschung neuartiger nanomagnetischer Systeme beteiligen kann - in einer weltweit vernetzten Simulation. Der Clou an der Sache: Der Anwender zu Hause merkt überhaupt nichts davon! Die Software nutzt lediglich die Zeiten, in denen der Computer ohnehin nichts zu tun hat. Das kann z.B. während der Mittagspause oder über Nacht sein.

Was muss man tun, um sich an dieser Simulation zu beteiligen?

Man benötigt einen Computer, das Betriebssystem Windows (Linux folgt noch) und einen Internetanschluß. Auf der Projektinternetseite, http://spin.fh-bielefeld.dewird ein Programm zum Herunterladen zur Verfügung gestellt. Die Installation der Software verläuft fast automatisch mit nur wenigen Mausklicks. Dass man nun Teilnehmer der weltweiten Simulation ist, erkannt man daran, dass der Bildschirmschoner von Spinhenge@home aktiv wird, sobald der Computer ihn aktiviert (siehe Bild 1).

In regelmäßigen Abständen werden dann Arbeitspakete, sog. Workunits, vom Projektserver herunter geladen. Nur in diesem Moment wird die Internetverbindung benötigt. Die Ergebnisse werden dann zum Projektserver zurückgeschickt, sobald die Berechnung fertig gestellt ist. Solange sich der Computer im Bildschirmschonermodus befindet, werden die Berechnungen für Spinhenge@home durchgeführt bis der Benutzer die diese unterbricht, weil er z.B. den Rechner nun wieder für sich beansprucht. In diesem Fall wird der aktuelle Zustand gespeichert, damit die Rechnung bei der nächsten Gelegenheit wieder aufgenommen werden kann und nichts verloren geht.



Wem nutzt Spinhenge@home?
Im Forschungsgebiet "Nanotechnologie", im Bereich "Molecular Magnets: Controlled Nanoscale Magnetism", das vom amerikanischen Energieministerium (DOE) geförderten interdisziplinären Großforschungsprojekts, arbeiten Physiker, Chemiker, Mathematiker und Ingenieure daran, molekulare magnetische Materialien technologisch nutzbar zu machen. Hierbei ist es notwendig mathematische Berechnungen durchzuführen. Da diese Berechnungen sehr zeitaufwendig sind, bietet es sich an, diese auf mehreren Computern gleichzeitig durchführen zu lassen.

Warum soll man sich an gerade dieser Simulation beteiligen?

Die Nanotechnologie wird in allen Industrienationen als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts gefeiert. Insbesondere für die Elektronik der Zukunft erhofft man sich hierbei bahnbrechende Innovationen. Nanotechnologie lebt von der Vision, Materie gezielt auf atomarer Skala kontrollieren zu können.
Während dies in vielen Fällen noch ein Wunschtraum ist, hat die gezielte Synthese maßgeschneiderter magnetischer Moleküle mittlerweile einen Reifegrad erlangt, der es erlaubt, beinahe ohne Einschränkung, aber mit überraschender Systematik beliebige magnetische Moleküle im Rahmen eines "Chemical Engineering" zu konstruieren. Mit Hilfe dieser magnetischen Moleküle sollen in Zukunft neuartige nanomagnetische Anwendungen wie hochintegrierte Speicherbausteine oder winzige magnetische Schalter entwickelt werden. Darüber hinaus werden auch Anwendungen in der Medizin (z.B. lokale Tumorchemotherapie) und der Biotechnologie anvisiert. Im Rahmen dieses Projekts werden in Zusammenarbeit mit den Universitäten Osnabrück und Bielefeld und dem Ames Laboratory in Ames, Iowa, USA umfangreiche numerische Simulationen zu den physikalischen Eigenschaften magnetischer Moleküle durchgeführt. Dabei geht es insbesondere darum, neue, hinsichtlich ihrer Eigenschaften viel versprechende Strukturen aufzufinden, die den Chemikern quasi als Vorlage zur Synthese entsprechender neuartiger Moleküle dienen sollen. Erst kürzlich konnte auf diese Weise eine Struktur gefunden werden, die einen winzigen magnetischen Schalter darstellt (siehe Bild 2).

Wer betreibt Spinhenge@home?

Spinhenge@home ist ein Projekt der Fachhochschule Bielefeld Fachrichtung Informationstechnik (FB2). Ansprechpartner ist zum einen Prof. Dr. rer. nat. Christian Schröder vom Lehrstuhl für Angewandte Mathematik und Naturwissenschaften, zum anderen Dipl.-Ing. (FH) Thomas Hilbig, Projektleiter von Spinhenge@home.