Project

Materiaalontwerp op de eXascale. European Centre of Excellence in materiaalmodellering, simulaties en ontwerp

Acroniem
MAX
Code
41Z08918
Looptijd
01-12-2018 → 30-09-2022
Financiering
Europese middelen: kaderprogramma
Onderzoeksdisciplines
  • Engineering and technology
    • Materials science and engineering not elsewhere classified
Trefwoorden
simulaties
Overige informatie
 
Projectomschrijving

Het belangrijkste doel van MaX is om de pre-exaschaal- en exaschaalcomputers die in Europa in de jaren 2020 verwacht worden, te laten voldoen aan de eisen van een grote en groeiende basis van onderzoekers die zich inzetten voor het ontdekken en ontwerpen van materialen. Dit doel wordt bereikt door:
i) een innovatief softwareontwikkelingsmodel, gebaseerd op het concept van scheiding van belangen, dat de uitvoering van de gemeenschapscodes op heterogene hardware-architecturen mogelijk zal maken, zonder hun interne structuur, de rijkdom van hun simulatiemogelijkheden en hun gedistribueerde en open ontwikkelingsmodel te verstoren . Op deze manier zullen de belangrijkste gemeenschapscodes voor het modelleren van kwantummechanische materialen klaar zijn voor pre-exaschaalmachines door de voltooiing van het MaX-programma, en voorbereid om te worden geport naar nieuwe architecturen zodra deze beschikbaar zullen komen; ii) een geïntegreerd ecosysteem dat de convergentie van high performance en high throughput computing mogelijk maakt het sturen van de miljoenen tot honderden miljoenen simulaties die nodig zijn om de eigenschappen en prestaties van een materiaal of een apparaat te optimaliseren, met robuuste en reproduceerbare workflows, die allemaal bijdragen aan een steeds groter wordende opslagplaats van samengestelde gegevens; iii) een nieuwe benadering van wetenschappelijk computergebruik waarbij hardware en software samen worden ontworpen en ontwikkeld, waarbij wederzijds rekening wordt gehouden met de beperkingen en doelstellingen; iv) innovatieve maatregelen voor gemakkelijke toegang tot materiaalwetenschappelijke toepassingen, voor het betrekken van academische en industriële gemeenschappen en het bevorderen van een bredere en diverse pool van goed opgeleide gebruikers en ontwikkelaars.
Dit alles wordt mogelijk gemaakt door de gecoördineerde inspanning van een team met ontwikkelaars van de leidende open source-communitycodes van de EU op het gebied van materialen, vijf toonaangevende Europese HPC-centra, twee technologiepartners en opleidings- en communicatiedeskundigen.
MaX is volledig afgestemd op de Europese HPC-strategie en -gemeenschap op lange termijn, en op de werkprogramma-oproep INFRAEDI-02-2018 - Subthema (a), gebied 5 (Materialen ...).

 
Rol van UGent
UGENT zal de kwaliteit van MAX-codes op een geautomatiseerde manier beoordelen door gebruik te maken van AIIDA-plugins en workflows volgens gevestigde gemeenschapsprotocollen, en ook datasets van kristalstructuren, pseudopotentialen en andere relevante input leveren die kant-en-klare workflows mogelijk maken. Een minimale vereiste voor elke simulatie is dat deze geverifieerd moet worden: verdere verbetering van numerieke benaderingen mag het resultaat niet veranderen. Tegenwoordig kunnen we met computermiddelen dat precisieniveau voor berekeningen van elektronische structuren bereiken. Dit is benut in een recente inspanning van de gemeenschap waarbij verschillende MAX-leden betrokken waren om het nauwkeurigheidsniveau van de totale energievoorspellingen te bepalen voor een testset van 71 elementaire kristallen, met behulp van 40 verschillende soorten elektronische structuurcodes.18 Dit was de strengste test ooit voor deze complexe codes. Kleine verschillen maakten het mogelijk om een paar langdurige bugs eruit te halen, en de uiteindelijke uitstekende overeenkomst is een sterke wederzijdse versterking van de numerieke correctheid van de codes. Dit maakt de weg vrij voor een ambitieuzere poging: het verifiëren van elektronische structuurcodes in meer diverse en realistische omstandigheden en voor complexere eigenschappen. In plaats van 71 elementaire kristallen te onderzoeken, zullen we een testset van ongeveer 1000 kristallen bekijken, zo geselecteerd dat elementen vertegenwoordigd zijn in een systematische reeks omgevingen (structurele variëteit) en oxidatietoestanden (chemische variëteit). Door de resultaten van een all-electron code (zoals FLEUR) te vergelijken met een plane-wave pseudopotential code (zoals QUANTUM ESPRESSO), kan de kwaliteit van de pseudopotentialen grondig worden beoordeeld. Het merendeel van de wereldwijd gepubliceerde voorspellingen van elektronische structuren is gebaseerd op de prestaties van pseudopotentiaalbibliotheken, en onze geplande beoordeling is de strengste ooit om de best presterende bibliotheken te selecteren en te onderzoeken onder welke omstandigheden sommige pseudopotentiaalbibliotheken zouden kunnen falen. Naast het uitbreiden van de grootte en systematiciteit van de testset, zullen we de complexiteit van de onderzochte eigenschappen vergroten, door uit te breiden naar elektronische bandstructuren en energie-afgeleiden (krachten). Dit vereist verschillende kristalsets, met lagere-symmetriestructuren en vacatures of oppervlakken. Door de nauwkeurigheid van krachten te kennen, kan de nauwkeurigheid van fononen worden beoordeeld en daarmee van alle thermische eigenschappen die afhankelijk zijn van trillingsvrije energieën. Uiteindelijk zijn deze verificatie-inspanningen een noodzakelijke voorwaarde om aan validatiestudies te beginnen: onderzoeken in hoeverre de numeriek correcte voorspelling op een bepaald theoretisch niveau afwijkt van het experiment. Recente voorbeelden van validatiestudies hebben betrekking op eigenschappen die alleen afhankelijk zijn van totale energieën. We zullen dit naar het volgende niveau brengen door een statistisch relevant aantal nauwkeurigheidsbeoordelingen uit te voeren voor complexe eigenschappen, met fononen als eerste doel. Het verificatiewerk in deze taak zal bijdragen aan een groter vertrouwen in de numerieke juistheid van elektronische structuurcodes. Het validatiewerk zal ons in staat stellen om voor het eerst statistisch betekenisvolle foutbalken te bepalen voor DFT-voorspellingen van fononen en fononafhankelijke eigenschappen. Naast het uitbreiden van de grootte en systematiciteit van de testset, zullen we de complexiteit van de onderzochte eigenschappen vergroten, door uit te breiden naar elektronische bandstructuren en energie-derivaten (krachten). Dit vereist verschillende kristalsets, met lagere-symmetriestructuren en vacatures of oppervlakken. Door de nauwkeurigheid van krachten te kennen, kan de nauwkeurigheid van fononen worden beoordeeld en daarmee van alle thermische eigenschappen die afhankelijk zijn van trillingsvrije energieën. Uiteindelijk zijn deze verificatie-inspanningen een noodzakelijke voorwaarde om aan validatiestudies te beginnen: onderzoeken in hoeverre de numeriek correcte voorspelling op een bepaald theoretisch niveau afwijkt van het experiment. Recente voorbeelden van validatiestudies hebben betrekking op eigenschappen die alleen afhankelijk zijn van totale energieën. We zullen dit naar het volgende niveau brengen door een statistisch relevant aantal nauwkeurigheidsbeoordelingen uit te voeren voor complexe eigensc
 
 
Disclaimer
Funded by the European Union. Views and opinions expressed are however those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Research Executive Agency (REA). Neither the European Union nor the authority can be held responsible for them.