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Informatik-Aktivitäten der Fakultät für Physik

Physik Header


Überblick

Weite Bereiche der Regensburger Fakultät für Physik befassen sich mit Informatik-nahen Themen:

  • Theoretische Teilchenphysik: High-Performance Computing, Computer-Architektur, Hardwarenahe Algorithmen, Computeralgebra, Quantum Computing, KI-Anwendungen in Hadronenphysik und personalisierter Medizin
  • Theoretische Festkörperphysik und Computational Condensed Matter Physics: Computational Material Science, Festkörperbasierte Quanteninformationsverarbeitung, Algorithmen zu Quantensimulationen
  • Experimentelle und Angewandte Physik: Festkörperbasierte Quanteninformationsbearbeitung, Festkörperbasierte Qubits
    für Quantencomputing, Chipentwicklung für festkörperbasierte Quantensimulationen
  • Studiengang Computational Science (Bachelor und Master)
  • Studienbegleitende IT-Ausbildung

Es bestehen enge Zusammenarbeiten (inkl. gemeinsamer EU-Projekte) mit dem Jülich Supercomputing Centre (JSC) und dem Leibniz Rechenzentrum Garching (LRZ). Prof. Dr. Dirk Pleiter ist nach dem Jülicher Modell sowohl Professor in Regensburg als auch Wissenschaftler am JSC.


Kompetenzbereiche

SFB/TRR-55 „Hadron Physics from Lattice QCD“

(Prof. Dr. Gunnar Bali, Dr. Jacques Bloch, Prof. Dr. Vladimir Braun, PD Dr. Sara Collins, Prof. Dr. Christoph Lehner, Prof. Dr. Dirk Pleiter, Prof. Dr. Andreas Schäfer, Dr. Enno Scholz, Dr. Stefan Solbrig, Prof. Dr. Tilo Wettig)

  • Entwicklung energieffizienter Höchstleistungsrechner in Kooperation mit Firmen wie IBM und Intel, z.B. QPACE (Green 500 #1 in 2009 und 2010), iDataCool (Prototype für SuperMUC am LRZ), QPACE2 (Green 500 #15 in 2015), QPACE 3 (Green 500 #5 in 2016)
  • Simulation und Nutzbarmachung neuer Architekturen wie Arm-SVE (Zusammenarbeit mit RIKEN, Japan)
  • Entwicklung hochperformanter Simulationssoftware, inkl. Beiträge zu community libraries wie Grid (Zusammenarbeit mit Brookhaven National Laboratory)
  • Entwicklung von Computer-Algebra-Systemen
  • Betrieb eigener HPC Ressourcen (ca. 2.5 PetaFlop/s)
  • Management und Analyse hoher Datenmengen (derzeit ca. 4 PetaByte)

SFB 631 (2003-2015) „Festkörperbasierte Quanteninformationsverarbeitung“

(Prof. Dr. Milena Grifoni, PD Dr. Andreas Hüttel, Prof. Dr. Klaus Richter, Prof. Dr. Christoph Strunk, Prof. Dr. John Schliemann, Prof. Dr. Dominique Bougeard)

  • Entwicklung der physikalischen Konzepte für Quantencomputing und Quantenalgorithmen
  • Theorie und Experimente zu supraleitenden und spin-basierten Quantenbits
  • Untersuchung der materialwissenschaftlichen und technologischen Grundlagen einer festkörperbasierten Quanteninformationsverarbeitung

SFB 1277 „Emergente relativistische Effekte in der Kondensierten Materie: Von grundlegenden Aspekten zu elektronischer Funktionalität“

(alle Professoren und Nachwuchsgruppenleiter des Bereiches Festkörperphysik)

  • Entwicklung von Simulationssoftware und deren Anwendung in nanoskaligen Materialien
  • Entwicklung von Hybrid-Materialsystemen als Basis für topologisches Quantencomputing
  • Untersuchung neuer Materialklassen mit Funktionalitäten für zukünftige Elektronik

DFG-Projekt zu Fehlertolerantem Quantum Computing in Silizium 28

(Prof. Dr. Dominique Bougeard)

Projekt im Broad Agency Program der US-Regierung zu „Qubits in Silicon“

(Prof. Dr. Dominique Bougeard)

BMBF Projekt „Theoretische Untersuchung von Supraleiter-basierten Qubits und Schaltkreisen mit ultrastarker Licht-Materie Kopplung“

(Prof. Dr. Milena Grifoni, im Rahmen des EU Quantera Consortium „Supraleiter-basierte Quantentechnologien mit ultrastarker Licht-Materie Wechselwirkung“ (SiUCs))

Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy (RUN)

(Professoren aus Physik, Biologie und Chemie)

  • Entwicklung massiv paralleler Algorithmen zur Echtzeitauswertung ultraschneller Mikroskopiefilme
  • Höchsteffiziente Bild- und Mustererkennung sowie Data-Mining in multi-dimensionalen Mikroskopiedaten
  • Entwicklung von Machine-Learning-Strategien zur Steuerung ultraschneller Mikroskope


Beteiligung an internationalen Informatik-Projekten

Mitglieder der Fakultät von Physik sind u.a. an folgenden internationalen Informatik-Projekten beteiligt (typischerweise als Koordinator oder Projektleiter):

  • European Processor Initiative (EPI) https://www.european-processor-initiative.eu: Projekt zur Entwicklung einer Familie Europäischer Prozessoren, die u.a. für HPC eingesetzt werden sollen
  • EXA2PRO https://exa2pro.eu: Europäisches Projekt zur Entwicklung einer neuen Programmierumgebung für zukünftige Exascale-Architekturen basierend auf Rechenbeschleunigern wie Grafikkarten oder FPGAs
  • ExaNoDe http://exanode.eu: Europäisches Projekt zur Entwicklung einer neuen HPC Rechnerknotenarchitektur basierend auf einem 3-dimensionalen Integrationskonzept von Chiplets auf aktiven Interposern
  • Human Brain Project (HBP) https://www.humanbrainproject.eu/en: Europäisches Flagship-Projekt mit dem Ziel der Schaffung einer Infrastruktur für Spitzenforscher in den Bereichen Neurowissenschaften, Computer und Neuromedizin
  • Advanced Computing Architectures (ACA): Projekt zur Entwicklung eines neuromorphen Systems anhand neuro-wissenschaftlicher Fragestellungen mit dem Ziel, Netzwerke natürlicher Dichte mit deutlich höherer Geschwindigkeit simulieren zu können, als dies aktuell auf konventionellen Rechnerarchitekturen möglich ist (und voraussichtlich sein wird)
  • Huawei-Jülich Collaboration: Industrie-Kollaboration zur Entwicklung und Evaluierung von neuer Rechnertechnologie basierend auf Arm Prozessoren
  • ICEI/Fenix https://fenix-ri.eu: Europäisches Projekt zur Schaffung einer föderierten HPC und Cloud Infrastruktur und Entwicklung von allen dafür notwendigen Services, beispielsweise im Bereich AI, data management, scheduling
  • Maestro https://www.maestro-data.eu: Europäisches Projekt zur Entwicklung einer Middleware für Daten- und Speicher-orientierte Programmierung von Exascale-Rechnern beispielsweise für Simulationen im Bereich von Wettervorhersagen, Erdwissenschaften, Materialwissenschaften
  • Centre of Excellence “Materials design at the Exascale” (MaX2) http://www.max-centre.eu: Europäisches Kompetenzzentrum für Materialwissenschaften, welches zum Ziel hat, Anwendungen aus diesem Bereich für zukünftige Exascale-Rechner fit zu machen und Wissen für das Codesign solcher Rechner zu schaffen
  • MB2020 https://www.montblanc-project.eu: Europäisches Projekt zur Entwicklung von Komponenten für zukünftige Prozessoren, die für Big Data und HPC optimiert sind
  • NVIDIA Application Lab at Jülich: Industrie-Kollaboration mit Schwerpunkt auf Portierung von Anwendungen auf GPU-beschleunigte Höchstleistungsrechner
  • Power Acceleration and Design Centre (PADC): Industrie-Kollaboration mit den Firmen IBM und NVIDIA im Kontext der OpenPOWER Foundation zur Entwicklung von Technologie basierend auf dem POWER Prozessor
  • PPI4HPC https://ppi4hpc.eu: Europäisches Projekt zur Beschaffung von innovativen Lösungen für zukünftige Höchstleistungsrechner für die wissenschaftliche Nutzung in Europa
  • PRACE PCP http://www.prace-ri.eu:  Durchführung einer vorkommerziellen Auftragsvergabe für F&E Services im Bereich der Entwicklung energie-effizienter HPC Architekturen für zukünftige Europäische Höchstleistungsrechner
  • SAGE2 http://www.sagestorage.eu: Europäisches Projekt zur Entwicklung eines neuen Objektspeichers (object store), welcher für die Nutzung in den Bereichen Höchstleistungsrechnen und Big Data optimiert ist
  • sparse2big http://www.fz-juelich.de/ias/jsc/EN/Research/Projects/_projects/sparse2big.html: Helmholtz Incubator Projekt für die Entwicklung von Methoden und Techniken für die Verarbeitung großer Datensätze mit vielen Variablen, aber meist unerkannten, fehlenden oder verrauschten Datenpunkten, wie sie beispielsweise im Bereich der Genomik auftreten
  • STIMULATE http://stimulate-ejd.eu: Europäisches Netzwerk zur Ausbildung von Doktoranden in Forschungsbereichen wie Gitter-QCD, CFD/Turbulenz und Biologie mit Schwerpunkt auf HPC und Datenwissenschaften
  • EuroPLEx http://europlex.unipr.it/: Europäisches Netzwerk zur Ausbildung von Doktoranden in Teilchenphysik, Gitterfeldtheorie und Extreme Computing
  • KONWIHR https://blogs.fau.de/konwihr: Simulationssoftware für Krebsprogressionsmodelle auf Multi-/Manycore-Systemen
  • Forschungsprojekt am Brookhaven National Lab (BNL) zur effizienten Zustandspräparation für Quantenfeldtheorien auf Noisy-Intermediate Scale Quantum (NISQ) Hardware
  • Entwicklung optimierter HPC Strategien: KNL–Omni-Path Cluster und Omni-Path Whitepaper mit Intel


Die Mitglieder der Fakultät für Physik werben in kompetitiven Verfahren in großem Umfang Rechenzeit bei nationalen und internationalen Höchstleistungsrechenzentren ein.

  • In 2019 über 1 Milliarde Core-Hours auf US/Japan leadership class machines am Argonne National Laboratory (US), Brookhaven National Laboratory (US), Fermilab (US), Jefferson Laboratory (US), Joint Center for Advanced High Performance Computing (Japan), Oak Ridge National Laboratory (US), Texas Advanced Computing Center (US). In den Jahren davor im Schnitt 500 Millionen Core-Hours pro Jahr.
  • In 2014-2018 über 600 Millionen Core-Hours am Jülich Supercomputing Center (JSC) und Leibniz Rechenzentrum Garching (LRZ)


Fakultät Physik - Forschung

Universitätsstrasse 31
93051 Regensburg

Tel. +49 941 943 2023