Drie astronomen van de Sterrewacht Leiden hebben de Wim Nieuwpoort-prijs van SURFsara en NWO gewonnen. De award is vernoemd naar professor emeritus Wim Nieuwpoort die van grote betekenis is geweest voor grootschalig rekenen in Nederland. Deze prijs wordt jaarlijks toegekend aan het team wetenschappers dat het meest optimaal gebruik weet te maken van de nationale supercomputer 'Cartesius'. De Leidse hoogleraar Simon Portegies Zwart en zijn promovendi Tjarda Boekholt en Guilherme Gonçalves Ferrari krijgen de prijs op 13 maart uitgereikt op het SURFsara infrastructure & Computing-dag in het Bimhuis te Amsterdam.
De Cartesius supercomputer is uniek in zijn modulaire opbouw, waardoor hij gemakkelijk kan meegroeien met de rekenbehoeftes van de Nederlandse wetenschappers. De configuratie die door het Leidse onderzoeksteam is gebruikt bestaat uit rekken met processor-blades van in totaal 13984 reken-kernen (cores), die een rekenkracht van ca. 271 TeraFlop/s leveren; dat komt neer op 271.000.000.000.000 berekeningen per seconde.
Een van de grootste problemen bij het gebruik van zulke enorme machines is het optimaal en gelijktijdig benutten van alle reken-kernen. De uitdaging schuilt in de interne communicatie. "Alle reken-kernen hard laten werken is niet zo heel moeilijk", zegt Boekholt, "maar de kunst is om ervoor te zorgen dat ze de resultaten ook kunnen uitwisselen en combineren."
Door een scala van technische problemen kunnen individuele processoren bijna niet meer sneller worden gemaakt. Meer computerkracht kan momenteel alleen nog worden gehaald uit het naast elkaar plaatsen van meerdere processoren. "Hierdoor neemt het theoretisch rekenvermogen van de computer wel toe, maar het wordt ook steeds moeilijker hem te gebruiken", zegt hoogleraar computationele astrofysica Portegies Zwart. Het gevolg van dergelijke optimalisaties is dat de computerprogramma's die op supercomputers worden gebruikt niet meer op gewone PCs kunnen draaien, en dat de programma's die op supercomputers werken geen goede balans meer hebben tussen het rekenwerk en de inter-processor communicatie.
De onderzoekers hebben Newtons bewegingsvergelijkingen op een volledig nieuwe manier vertaald naar computercode, en hiermee het zonnestelsel gesimuleerd, met planeten en planetoïden. De vraag die ze hierbij stelden was hoe vaak het voor zou komen dat een planetoïde in botsing komt met de zon. Dit zou mogelijk een verklaring kunnen leveren voor de relatief grote hoeveelheid zware elementen in de zon in vergelijking met sterren in de buurt.
De wetenschappers zijn erin geslaagd een relatief kleine berekening efficiënt met de supercomputer uit te voeren, door op een slimme manier de fundamentele vergelijkingen op te splitsen en te verdelen over alle reken-kernen van de supercomputer. Het algoritme is zo efficiënt dat ze een berekening die normaal gesproken op een enkele PC zou kunnen worden uitgevoerd ook op de supercomputer hebben kunnen runnen. Deze berekening werd op Cartesius in ongeveer één dag uitgevoerd, terwijl een gewone computer er 35 jaar over zou hebben gedaan.