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Computergestützte Physik

Abb.: HAP; A. Chantelauze
Abb.: HAP; A. Chantelauze

Ohne den Einsatz leistungsfähiger Rechensysteme und Datenspeicher ist die Forschung im Bereich der Teilchen- und Astroteilchenphysik nicht mehr denkbar. Zur optimalen Ausnutzung der IT-Ressourcen ist es jedoch notwendig, effektive Algorithmen in spezialisierter Software umzusetzen.

Am KIT wird daher auf verschiedenen Ebenen intensiv an der Entwicklung von Software gearbeitet, die dann für physikalische Fragestellungen in der Teilchen- und Astroteilchenphysik eingesetzt wird. Gleichfalls wird mit GridKa ein Tier-1 Datenzentrum für eine internationale Nutzergemeinde höchst effizient und zuverlässig betrieben und dabei kontinuierlich hinsichtlich modernster Software- und Hardware-Technologien fortentwickelt.

Parallele Computeralgebra

Bei der Berechnung von Streuquerschnitten innerhalb einer mathematischen Theorie, die die Wechselwirkung von Elementarteilchen beschreibt, werden sehr oft riesige Datenmengen erzeugt. Diese müssen effizient verarbeitet werden. Am KIT wird an einem weltweit einzigartigen Projekt gearbeitet, das die parallele Verarbeitung großer Datenströme mit Hilfe eines Computeralgebrasystems erlaubt.

Simulation von Teilchenkollisionen

Zur Interpretation der experimentellen Resultate des LHC werden Teilchenkollisionen simuliert und mit dem Experiment verglichen. In einer internationalen Kollaboration arbeiten Forscher des KIT an der Entwicklung eines Softwarepakets, das solche Simulationen mit hoher Präzision durchführt.

Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) und Big Data

Trotz modernster Algorithmen nehmen durch zunehmende Technologieentwicklung die Datenmengen kontinuierlich zu. Heutzutage benutzt man in diesem Zusammenhang gerne den Begriff "Big Data", da insbesondere in den LHC-Experimenten eine große Menge an wertvollen Daten in unterschiedlichen Formaten auf eine sehr schnelle Art erzeugt und zu verarbeiten sind (Volume, Value, Variety, Velocity). Dazu wurde bereits vor über zehn Jahren mit dem Aufbau des WLCG (Worldwide LHC Computing Grid) begonnen, um diese Daten verteilt nutzen, speichern, archivieren und analysieren zu können.

Das Steinbuch Centre for Computing (SCC) des KIT betreibt mit GridKa (Grid Computing Centre Karlsruhe) eines von zwölf so genannten Tier-1 Zentren im WLCG, das als zentrales Daten- und Rechenzentrum der deutschen Elementar- und Astroteilchenphysik-Community zur Verfügung steht. Zahlreiche Tier-2 Zentren in Deutschland und Mitteleuropa sind an GridKa angeschlossen; etwa 14 Prozent der LHC-Daten lagern in Karlsruhe.