VASP prüft die Geduld der Materie
Die österreichische Software VASP hilft weltweit Forschern dabei, die Eigenschaften neuer Materialien auszutesten. Auch beim Design neuer Mikroprozessoren kommt das Programm aus Wien zum Einsatz.
500 Forschungsgruppen weltweit setzen VASP dazu ein, um das Verhalten von Atomen vorauszuberechnen. Dabei spielen die Kräfte und Wechselwirkungen eine Rolle, die auf die einzelnen Atome wirken. VASP steht für "Vienna ab-initio Simulation Package" und wurde am Institut für Materialphysik an der Universität Wien entwickelt.
Ab initio bedeutet, dass bei dieser Simulationssoftware mit der Schrödingergleichung gerechnet wird. Diese besagt, dass jedes Materialteilchen durch einen Wellenvorgang charakterisierbar ist.
"Intel betreibt damit wahrscheinlich Halbleiterforschung", sagt Georg Kresse, stellvertretender Gruppenleiter am Institut für Materialphysik.
Die Entwickler des Halbleiterkonzerns möchten mit Hilfe von Computermodellierungen herausfinden, wie sie die Sperrschicht in einem elektronischen Schalter, die zwischen leitenden Materialien eingesetzt werden muss, noch dünner fertigen können. Heute ist diese Sperrschicht noch 60 Nanometer dick. Angestrebt werden aber zehn Nanometer.
Georg Kresse: "In zehn Nanometer kriegen Sie zehn bis 100 Atomlagen unter. Da müssen Sie genau wissen, wo die Atome sitzen und welches die Probleme dieser Schaltkreise sind. Man muss wissen, was jedes einzelne Atom macht." Manchmal, so Kresse, breche ein Schaltkreis nach drei Jahren Verwendung einfach zusammen. Um solche Ausfälle zu vermeiden, gelte es, die Eigenschaften des Materials so weit wie möglich vorauszuberechnen.
Kampf um die Rechenkraft
Am Institut für Materialphysik der Universität Wien lassen die Wissenschaftler bis zu 200 Prozessoren parallel rechnen, um das Verhalten der Atome zu modellieren. Mit dieser Ausstattung, so Georg Kresse, stehe man im europäischen Vergleich recht gut da.
Über mehr Rechenpower verfügten nur die Forschungsgruppen der Max-Planck-Gesellschaft in Deutschland. Diese Konkurrenz kann auf eine weitaus größere Rechnerfarm zurückgreifen. "Die haben so um die 500 bis 1.000 CPUs. Aber die bekommen von uns auch keine VASP-Lizenz. Ernsthaft. Zumindest bisher nicht."
Die Grenzen der Simulation
Am liebsten würden sich die Materialwissenschaftler ja jedes einzelne Atom in einer Probe ganz genau in der Simulation ansehen. Schon eine typische kleine Probe eines Metalls bestehe aber, so Kresse, aus zehn hoch 26 Atomen. Viel zu viele, um sie noch am Computer modellieren zu können, egal wie viele Rechner man dafür zur Verfügung hat.
Auch "Grid-Computing" biete, so Kresse, keine Lösung. Diese Art der Vernetzung sei einfach zu schlecht administrierbar. Materialforscher setzen daher lieber auf Vereinfachung und die Reduzierung von Unbekannten. "Multiskalen-Modellierung" nennen sie das, wenn sie sich vom Kleinen wieder abwenden und zum Großen zurückkehren.
Heute um 22.30 Uhr in "matrix" in Ö1
Neue Materialien braucht die Welt. Ohne Werkstoffforschung keine Innovation. Weiters in "matrix": Provokation als Konzept. Das Künstlerduo ubermorgen [Liz Haas und Hans Bernhard] im Gespräch.
(Mariann Unterluggauer)