Het belang van High Performance Computingvoor Nederland

Het belang van High Performance Computing voor Nederland
Het belang van High Performance Computing voor Nederland SARA | NCF
www.sara.nl
Stichting Nationale Computerfaciliteiten (NCF)
Postbus 93575
2509 AN Den Haag
T +31 (0)70 344 0700
[email protected]
www.nwo.nl/ncf
december 2008
SARA Reken- en Netwerkdiensten
Postbus 94613
1090 GP Amsterdam
T +31 (0)20 592 3000
[email protected]
december 2008
HetbelangvanHighPerformanceComputingvoorNederland
december2008
Inhoud
Zonderhoogwaardigeinfrastructuur
geenhoogwaardigewetenschap:
HighPerformanceComputing
inNederland|7
ComputationalScience|8
Vormenvanonderzoekwaarbij
supercomputersonmisbaarzijn|9
Denoodzaakvansupercomputers|11
HPCiseenhogeprioriteitvoorESFRI|12
InternationaleinvesteringeninHPC|12
OokinNederland!|13
Dekenniseconomie|14
HetbelangvanHighPerformanceComputing
voorNederland|15
Referentiesenliteratuur|16
Toponderzoek
18 | Prof.dr.E.J.(EvertJan)Baerends,
Vrije Universiteit Amsterdam
20 | Prof.dr.ir.B.J.(BendiksJan)Boersma,
Technische Universiteit Delft
22 | Prof.dr.A.P.J.(Antal)vandenBosch,
Universiteit van Tilburg
24 | Prof.dr.J.(Jeroen)vandenBrink,
Universiteit Leiden
26 | Prof.dr.R.(Ria)Broer,
Rijksuniversiteit Groningen
28 | Prof.dr.H.J.H.(Herman)Clercx,
Technische Universiteit Eindhoven
30 | Prof.dr.ir.H.A.(Henk)Dijkstra,
Universiteit Utrecht
32 | Prof.dr.U.M.(Ute)Ebert,
CWI Amsterdam en Technische Universiteit Eindhoven
34 | Prof.dr.C.(Claudia)Filippi,
Universiteit Leiden
36 | Prof.dr.ir.J.G.E.M.(Hans)Fraaije&
dr.G.J.A.(Agur)Sevink,Universiteit Leiden
38 | Prof.dr.ir.B.J.(Bernard)Geurts,
Universiteit Twente
40 | Prof.dr.W.J.(Wim)Goedheer,
FOM-Instituut voor Plasmafysica en Universiteit Utrecht
42 | Prof.dr.M.A.M.(Martien)Groenen,
Wageningen Universiteit en Researchcentrum
44 | Prof.dr.ir.S.M.(Majid)Hassanizadeh,
Universiteit Utrecht
46 | Prof.dr.H.J.(Jaap)vandenHerik,
Universiteit van Tilburg
48 | Prof.dr.V.(Vincent)Icke,
Universiteit Leiden
50 | Prof.dr.M.I.(Mikhail)Katsnelson,
Radboud Universiteit Nijmegen
52 | Prof.dr.P.J.(Paul)Kelly,
Universiteit Twente
54 | Prof.Dr.-Ing.habil.R.(Roland)Klees,
Technische Universiteit Delft
56 | Prof.dr.ir.C.R.(Chris)Kleijn,
Technische Universiteit Delft
58 | Prof.dr.ir.B.(Barry)Koren,
CWI Amsterdam, Technische Universiteit
Delft en Universiteit Leiden
60 | Prof.dr.G.J.(Geert-Jan)Kroes,
Universiteit Leiden
62 | Prof.dr.ir.J.A.M.(Hans)Kuipers,
Universiteit Twente
64 | Prof.dr.D.(Detlef)Lohse,
Universiteit Twente
66 | Prof.dr.W.L.(Leo)Meerts,
Radboud Universiteit Nijmegen
68 | Prof.dr.J.W.(Hans)Niemantsverdriet&
dr.D.(Daniel)Curulla,
Technische Universiteit Eindhoven
70 | Dr.S.F.(Simon)PortegiesZwart,
Universiteit van Amsterdam
72 | Prof.dr.H.A.(Hans)deRaedt,
Rijksuniversiteit Groningen
74 | Prof.dr.D.J.E.M.(Dirk)Roekaerts,
Technische Universiteit Delft
76 | Prof.dr.ir.W.(Wim)vanSaarloos,
Universiteit Leiden
78 | Prof.dr.R.A.(Rutger)vanSanten,
Technische Universiteit Eindhoven
80 | Prof.dr.W.H.A.(Wil)Schilders,
Technische Universiteit Eindhoven en Philips Research
82 | Prof.dr.P.M.A.(Peter)Sloot,
Universiteit van Amsterdam
84 | Prof.dr.ir.G.S.(Guus)Stelling,
Technische Universiteit Delft
86 | Prof.dr.A.E.P.(Arthur)Veldman,
Rijksuniversiteit Groningen
88 | Prof.dr.ir.P.(Pier)Vellinga&
dr.ir.L.N.(Laurens)Ganzeveld,
Vrije Universiteit Amsterdam en
Wageningen Universiteit en Researchcentrum
90 | Dr.J.Vilà-GueraudeArellano,
Wageningen Universiteit en Researchcentrum
92 | Prof.dr.J.(Jacob)deVlieg,
Schering-Plough en Radboud Universiteit Nijmegen
94 | Prof.dr.H.A.(Henk)vanderVorst,
Universiteit Utrecht
96 | Prof.dr.ir.F.N.(Frans)vandeVosse,
Technische Universiteit Eindhoven
98 | Prof.dr.G.(Gert)Vriend,
Radboud Universiteit Nijmegen
100| Prof.dr.ir.H.H.(Harrie)Weinans,
Erasmus Universiteit Rotterdam
Zonderhoogwaardigeinfrastructuurgeenhoogwaardigewetenschap:
HighPerformance
ComputinginNederland
Op welke wijze kunnen we het leefklimaat in Nederland verbeteren als het gaat om
de verspreiding van vervuilende stoffen? Hoe kunnen we macroscopische materiaaleigenschappen afleiden uit kwantummechanische fenomenen? Hoe kunnen we het
geluid van vliegtuigmotoren verminderen? Hoe verspreiden algen zich en klonteren
ze samen in meren en kustzeeën? Welke invloed hebben de snelle veranderingen in
de Atlantische oceaancirculatie op ons klimaat in West-Europa? Welke invloed heeft
atmosferische turbulentie op ons weer? Hoe ontwikkelen we materialen voor het
post-silicon elektronicatijdperk? Welke aërodynamische eigenschappen hebben
windturbineparken?
Nederlandiseenkenniseconomiebijuitstek.
Onslandkanzichgelukkigprijzenmeteen
wijdvertaktnetwerkvankennis-enonderzoeksinstituten.Hunwetenschappelijke
outputisbekendbijvakgenotenenvindtzijn
wegnaartoepassingenindetechnologie,
industrie,onderwijseneconomie.Maar
daarbuiteniservaakmaarweinigover
bekend.DaaromisSARA,insamenwerking
metdestichtingNationaleComputerfaciliteiten(NCF)ertrotsopomindezepublicatie
eengrootaantalvormenvanbelangwekkend,
baanbrekendenmaatschappelijkrelevant
wetenschappelijkonderzoekbijeentebrengen.
Alleonderzoekersdieindezebundeleentipje
vandesluieroplichten,hebbenéénding
gemeen:zewerkenaljarenmetdemeest
geavanceerdefaciliteitenophetgebiedvan
HighPerformanceComputing(verderHPC)die
inNederlandbeschikbaarzijnenhebbenop
ditmomentallemaalreedsconcretegrote
(Petascale)wetenschappelijkeuitdagingen.
Hunhoogwaardigeberekeningenzijnin
samenwerkingmethetHPC-teamvanSARA
uitgevoerdopdenationalesupercomputer
Huygensenopdevoorgangersdaarvan:
Teras/Aster,endeCrayenCDC-vectormachines.
Sterkernog:zonderdezeHPC-faciliteitenzou
hunonderzoekonmogelijkzijn.
7
Dewetenschappersdieonsindezebundel
eenkijkjeindekeukengunnen,werkenmet
zeercomplexeberekeningen,algoritmenen
modellen.Dittypeonderzoekmaakthet
mogelijkproblementeanalyserenenopte
lossendieweonsvroegeramperkonden
voorstellen.
8
Daaromishetnietoverdreventestellendat
eenhoogwaardigeinfrastructuurophet
gebiedvanHPCeenessentiëlevoorwaarde
isvoorgeavanceerdonderzoekopeengroot
aantalverschillendegebieden.Enomdatdit
typeonderzoekdevoedingsbodemvormtvoor
deontwikkelingvanindustriëleentechnologischetoepassingen,iseenhoogwaardige
HPC-infrastructuurvanlevensbelangvoor
deontwikkelingvandekenniseconomie.
Computationalscience
ComputationalSciencewordtweldederde
methodologie genoemd,naasttheorieen
experiment.Determderde methodologie
geeftalaandathetomeennieuwewerkwijze
gaat,meteeneigenkarakterentoepassingsgebied.ComputationalSciencemaakthet
mogelijktheoretischemodellentoetepassen
oppraktischeproblemenmetbehulpvan
computersimulaties.Ditiseensnelgroeiend
multidisciplinairveld,waargeavanceerde
computersenmodelleringtechniekengebruiktwordenomingewikkeldeproblemen
tebegrijpenenoptelossen.
Supercomputerszijnonmisbareinstrumenten
incomputationalsciencebijhetoplossen
vancomplexewetenschappelijke,maatschappelijkeenindustriëleuitdagingen.Zezijn
daardoorstrategischvanbelangvoorresearch
endevelopmentineengrootaantalwetenschapsgebieden.Metbehulpvansupercomputerskunnenonderzoekersverschijnselen
simulerendiezeandersnietkunnenonderzoekenomdatexperimententegevaarlijk,te
duur,onethischofgewoononmogelijkzijn.
Dewetenschapformuleertsteedsnieuwe
uitdagingen,dezogenaamde'GrandChallenges'.
Hetgaathierbijomberekeningendieop
modernesupercomputersmiljoenen(!)
processorurenrekentijdvergen.Eendergelijke
'GrandChallenge'neemtdehuidigenationale
supercomputerenkelemaandenvolledigin
beslag.Overigenszullenerookbijveelsnellere
supercomputersaltijd'GrandChallenges'
blijven:ineengeavanceerdemaatschappijis
hetnoodzakelijkdegrenzenvanwetenschap,
technologieenkennisvoortdurendteverleggen.
Vormen van onderzoek waarbij supercomputers onmisbaar zijn:
• W
eer, klimaat en milieu: nauwkeurige hoge-resolutiemodelleringen van lange termijn voorspellingen voor klimaatverandering, luchtverontreiniging en extreme weersituaties
• Watermanagement: waterstroombeheer in extreme situaties en adviezen
bij calamiteiten
• Nanotechnologie: voorspelling van eigenschappen van samengestelde
nanosystemen om te komen tot innovatieve oplossingen voor energieproblemen,
moleculaire elektronica en biomoleculaire materialen
• Levenswetenschappen, biotechnologie: nauwkeurige dynamische moleculaire
simulatie van eiwitten, interacties van medicijnen, modellering van complete cellen
• M
edische wetenschappen: ontwikkeling botstructuren onder stress, simulatie
bloedstromen en hartfunctie, computational neurology (hersenonderzoek)
• E
nergieonderzoek: begrijpen van hoge-energieplasma's, kernfusie, zonne-energie;
modellering van verbrandingsprocessen voor efficiënte en schone energie
• A
strofysica: studie van de evolutie van sterrenstelsels, van energieomzettingen
onder extreme omstandigheden, ontstaan van het heelal
• C
hemie en materiaalkunde: katalyse voor chemische processen bij lage(re)
temperaturen, berekening en verklaring chemische eigenschappen van materialen, moleculaire dynamica.
Nationale Supercomputer Huygens.
Denoodzaakvansupercomputers
Zijnsupercomputersaltijdnodigomcomplexe
enomvangrijkeberekeningentemaken?
Ishetnietveeleenvoudigeromgroteaantallen
computersofprocessorstekoppelenineen
cluster(capacitycomputing)ofviaeenwide
areanetwerk(gridcomputing)?Helaas,was
hetlevenmaarzoeenvoudig.Koppelingvan
computersofprocessorskanzekereen
bijdrageleverenbijdeoplossingvanwetenschappelijke,socialeeneconomischevraagstukken.Jekunthiermeezeergrotemodelberekeningenensimulatiesuitvoeren,maar
eriséénessentiëlebeperking:deberekeningen,modellenenalgoritmesmoetenuitgesplitstkunnenwordenenparallel(asynchroon)
oplosbaarzijn.Datisvaakniethetgeval.
Bijberekeningendiesupercomputersuitvoeren,gaathetomcapabilitycomputing.
Hierbijcombinerenweeengrootaantalvan
dekrachtigsteprocessors,eengrootgemeenschappelijktoegankelijkgeheugeneneen
hogecommunicatiesnelheidtussende
processorsonderlingentussendeprocessors
enhetgeheugen.Ditisineenclusterofgrid
opfundamenteelfysischegrondennooitte
realiseren.Daarnaastwerkenonderzoekers
vaakmetgigantischehoeveelhedendata.De
permanenteopslagendetoegankelijkheid
vandezedatavereiseneengrootschalige
opslaginfrastructuurmetsupersnelleverbindingmetdeprocessors.
Hetisdaaromvanzeergrootbelangdatonder-
zoekerstoeganghebbentothoogwaardige
faciliteitenophetvlakvanHighPerformance
Computing.Hiertoevoertdestichting
NationaleComputerfaciliteiten(NCF)onder
devlagvanNWOalbijnatwintigjaareen
speciaalopditonderzoeksgebiedgericht
nationaalbeleid.NCFstreefternaaronderzoekerseenmeerjarigperspectieftebieden
opdeaanwezigheidenbeschikbaarheidvan
dergelijkevoorzieningen.NCFrichtzichdan
ookoprekenfaciliteitenopnationaleschaal,
dieindividueleinstellingennietkunnen
bekostigen.Hetduidelijkstevoorbeeldhiervan
isdenationalesupercomputer,momenteel
hetIBMPower6systeemHuygensmeteen
rekencapaciteitvan60Tflop/s*)(0,06Pflop/s).
Dezesystemenvormennationaaldeabsolute
topvandepiramide.Daarnaastinvesteert
NCFregelmatiginaanvullendefaciliteiten,
onderanderebijSARAendeRijksuniversiteit
Groningen.SARAisalsnationaalsupercomputercentrumverantwoordelijkvoordecomplete
dienstverleningaandewetenschappelijk
gebruikersvandezenationalefaciliteit.
*) Pflop/s komt overeen met 1015 floating-point operations per
seconde (flop/s).
11
HPCiseenhogeprioriteitvoorESFRI
Inseptember2006heefthetEuropeseStrategie
ForumvoorResearchInfrastructuren(ESFRI)
deEuropeanRoadmapvooronderzoeksinfrastructuren1vastgesteld.ESFRIheeftHigh
PerformanceComputinggeïdentificeerdals
eenstrategischeprioriteitvoorEuropa.Als
Europaininternationaalverbandwilblijven
concurreren,moetenwetenschapperstoeganghebbentotdesnelstesupercomputers
indewereld.
12
HetESFRI-rapportheeftgeleidtothetsamenwerkingsverbandPRACE,Partnershipfor
AdvancedComputinginEurope2.Hieraan
neemteengrootaantalEuropeselandendeel.
Ditpartnershipisbezigmetdevoorbereiding
vaneenpermanentepan-EuropeseHPCserviceeninfrastructuur,dieEuropese
onderzoekerstoegangbiedttoteenaantal
EuropesetopsystemenmetPetascaleperformance,zgn.Tier-0systemen.OnderPetascale
wordtverstaanhetbereikenvan1Pflop/s
performance.Europesewetenschappers
krijgenhiermeedebeschikkingoversupercomputerfaciliteitenvanwereldklasse,met
eenrekenkrachtdieminimaalgelijkisaan
derekenkrachtwaaroveronderzoekersin
deVerenigdeStatenenJapanbeschikken.
Nederlandheeftmetzijnaantalinwonersen
inkomenperhoofdvandebevolkingdekritische
massaomsamenmetDuitsland,Frankrijk,
hetVerenigdKoninkrijkenSpanje,vormen
inhoudtegevenaandezeinfrastructuur.
Opditmomentzijndebelangrijkstenationale
supercomputersinEuropaalverbonden
viahetnetwerkDEISA(DistributedEuropean
InfrastructureforSupercomputingApplications)3.
InternationaleinvesteringeninHPC
Hightech-bedrijvenindeVSenEuropaworden
intoenemendemateafhankelijkvanoverheidsondersteuningvanhunR&D.Ditkomtvooral
doordatinvesteringeninderesearch-infrastructuur,metgeavanceerdesupercomputers
enoptischenetwerken,alleenoplangetermijn
(10-20jaar)terugverdiendkunnenworden.
DesnelgroeiendeeconomieëninChinaen
Koreakennenaljarengrootschaligepubliekprivatesamenwerkingopditgebied.Het
belangvandeHPC-infrastructuurenvan
geavanceerdekennistechnologiekrijgttegenwoordigdaaromindeVS,Japanendegrote
landeninEuropaveelmeernadruk.
Eenaantalvoorbeelden:
• DeVSgafin2006meerdan$500miljoen
subsidieaanIBMenCrayomdegeneratie
PetaflopsSupercomputers4totontwikkelingtebrengen.DeNationalScience
Foundation5schreefeenprojecttenderuit
van$200miljoenvoordewetenschappelijkeinzetvandePetaflop-machines.
• HetDepartmentofEnergypubliceerdein
2007zijntienjaarsvisie6opwetenschappelijkeinnovatievraagstukken.Dezevisie
omvatenkelemiljardeninvesteringin
computationalscienceeninExa-schaal
(1000Pflop/s)computing.
OokinNederland!
Kan Nederland niet bij zijn buurlanden terecht om computercapaciteit in te kopen
voor de oplossing van wetenschappelijke problemen? Een dergelijke benadering
negeert een aantal serieuze langetermijneffecten op onze kenniseconomie:
1 BijdeontwikkelingvanComputationalscience-toepassingenwerkenmateriedeskundigen,computerspecialisteneninformaticinauwsamen.Echtesamenwerkingkanalleenoplocatie,insitu.
2Scholingentrainingvanstudentenopgebiedvancomputationalsciencevereist
toegangtotHPC-faciliteitenenisvanbuitengewoonbelangvoordebeschikbaarheidvangekwalificeerdHPC-personeelendeontwikkelingvandekenniseconomie
inNederland.
3AlsNederlandeenzijdigsupercomputercapaciteitinkooptinhetbuitenland,
plaatstdatdegebruikersineenondergeschikte,afhankelijkepositie.Datis
strijdigmetstrategischeambitiesomindeinternationalevoorhoedeteopereren
ophetvlakvancomputationalscience.
4Alsinkopervancapaciteithebjeaanzienlijkminderinvloedopbelangrijke
keuzesvanarchitectuur,softwareenbeleidzakendiegroteimpacthebbenop
deinnovatiesnelheidenconcurrentiepositievanNederland.
5GebruikdoorhetNederlandsebedrijfslevenondervindteenextrabarrièreals
rekentijdinhetbuitenlandingekochtdientteworden.
13
14
D
ezeinvesteringmaakthetmogelijkomtot
revolutionairebenaderingentekomenvan
dewereldvraagstukkenopgebiedvan
energie,duurzaamheidenveiligheid.
• Japaninvesteertcirca¥1.2miljardinhet
bouwenvaneen10Pflop/s-systeem.Dit
project7isgerichtophetbouwenvande
snelsteenefficiëntstesupercomputerter
wereldper2012.
• Frankrijkkondigdeinvesteringenaanvoor
100miljoenindekomendevierjaar.Ook
Duitsland8,EngelandenSpanjehebben
concreteplannenvoorPetaflop-systemen.
• OokFinland,ZwitserlandenItaliëwerken
aanplannenvoorinvesteringindeontwikkelingvanPetaflop-systemen.
Dekenniseconomie
Hetwetenschappelijkonderzoek,detechnologischeresearchenhetonderwijsdiemogelijk
wordengemaaktmetgeavanceerdeHPCvoorzieningenhebbeneendirectebetekenis
vooronsconcurrentievermogen.OmHPCinvesteringeneenlangetermijnimpactte
gevenbijdenationaleonderzoeksbehoeften
ishetnoodzakelijkdeHPC-faciliteiteninte
zettenvooreenbreedspectrumvanwetenschappelijkeentechnischevraagstukken.
Wemoetennualanticiperenopdebehoefte
vanacademischeenindustriëleonderzoekers.
Zijmoetenrond2010-2011toeganghebben
totHPC-systemendie:
• permanenterekencapaciteitindePetaflops rangeleverenvooruiteenlopendeweten- schappelijkeentechnischetoepassingen;
• geïntegreerdzijnineeninternationale
gridomgeving;en
• ondersteundwordenopnationaal,
regionaalencampusniveau.
OnderzoekeninEuropa9endeVerenigde
Staten10,11tonenaandatdehightech-sector
eencrucialerolvervultindenationale
economischevoorspoed.Hetaantalpatenten
verleendinKorea,IndiaenChinazalaanhet
eindevanhetdecenniumgroterzalzijndan
inEuropaenJapan.Dehightech-exportvanuit
Europaisafgenomenvan43%in1980tot34%
in2001,terwijldievandeopkomendeeconomieënindezelfdeperiodesteegvan7%tot25%.
Dehightech-sectordroegindeVStot2001bij
aandeverbeteringvandebetalingsbalansvan
deAmerikaanseeconomie,maarsinds2001is
dewaardevandehightech-importindeVS
groterdandehightech-export.
HetOhioSupercomputerCenter(OSC)indeVS
lanceerdedaarommetsteunvandefederale
overheideind2005hetBlueCollarComputing
initiatief12.Ditinitiatiefwilhetgebruikvan
HPC-systemenstimulerenomproductontwikkelingeninnovatieintechnische,financiële
enmaatschappelijkesectorenteondersteunen.
HetbelangvanHighPerformance
ComputingvoorNederland
OpdezemanierwerdbijvoorbeeldProctor&
Gamblebewustgemaaktvandemogelijkheden
vansupercomputing.DefabrikantvanAlways,
DreftenPampersgebruiktHPC-systemenen
geavanceerdevisualisatietechniekenvoorde
ontwikkelingvantoekomstigeproductgeneraties.Bandenfabrikantenmakenookintensief
gebruikvansupercomputingbijdeontwikkeling
vannieuwebanden.Goodyearzetbijvoorbeeld
complexesimulatietechniekeninomhet
ontwerpendeveiligheidvanhunbandente
verbeteren.Daarmeekontegelijkdeinvesteringinhetbouwenentestenvanprototypes
verminderdwordenvan40%totnogmaar
15%vanhettotaleR&D-budget.
Computationalsciencewordttegenwoordig
toegepastinbijnaelkesector,vandetraditionelebeta-entechnischedomeinentot
sleutelgebiedenalsecologie,klimaat,gezondheid,veiligheideneconomischeontwikkeling.
Vooruitganginhardware,softwareen
connectiviteitmakenhetmogelijknieuwe
rekenmodellentoetepassenengigantische
hoeveelhedenexperimentelewaarnemingen
enmeetgegevensteanalyseren.Hiermee
kunnenwevraagstukkenaanpakkendie
voorheenbuitenonsvoorstellingsvermogen
lagen.Indezepublicatiekomtueengroot
aantalvoorbeeldentegenvandergelijke
vraagstukken;hetgaatsteedsomconcrete
enactuelewetenschappelijkeuitdagingen
opPetascale-niveauvanuitdeNederlandse
onderzoekswereld.
Omuitdagendeninnovatiefwetenschappelijk
onderzoektekunnendoen,endaarmeeonze
concurrentiepositieteversterken,isopbijna
elkterreindeinzetvancomputationalscience
vereist.Datvraagtsignificanteinvesteringen
indebeschikbaarstellingvaneenPetascale
HPC-infrastructuur,indeontwikkelingvan
bijbehorendesoftwareenalgoritmes,eninde
scholingvaninformatici.Omtezorgendatde
infrastructuurindepasblijftmetdeontwikkelingenvandetechnologie,zijnbovendien
regelmatigeupgradesvanhardwareensoftware
nodig.
15
TopfaciliteiteninNederlandopPetascaleniveauzijnnoodzakelijkomeenklimaatvan
wetenschappelijkeresearcheninnovatiete
creëren,voorsamenwerkingbijproductontwikkelingenvoorhetopleidenvantoekomstige
generatiesspecialistenincomputationalscience.
Samenwerkingenpartnerschapmetandere
Europeseeninternationaleorganisatiesis
hierbijbelangrijkomschaalgroottetebewerkstelligenenomnieuwekansenvooronderzoek
eneconomischegroeitebenutten.Zokan
Nederlandookindetoekomsteencentrum
blijvenvanhoogwaardig,actueelenmaatschappelijkrelevantonderzoek–hetonderzoek
waarvanuindezebundelzulkebijzondere
voorbeeldenaantreft.
Dr.ir.A.Osseyran,directeur
SARA Reken- en Netwerkdiensten
Dr.P.J.C.Aerts,directeur
Stichting Nationale Computerfaciliteiten
16
Referentiesenliteratuur
1
Europeanroadmapforresearchinfrastructures2006,ESFRI,ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/esfri/docs/esfri-roadmap-report-26092006_en.pdf
2 PRACE:www.prace-project.eu
3 DEISADigest:Benefitsofsupercomputing,2008.Zieookwww.deisa.eu
4 www.itworld.com/Comp/1437/061122ibmcray/
5 CreatingaPetascaleComputingEnvironmentforScienceandEngineering,www.nsf.gov/pubs/2006/nsf06573/nsf06573.html#pgm_intr_txt
6 SimulationandModelingattheExascaleforEnergy,EcologicalSustainabilityandGlobalSecurity,
http://computing.ornl.gov/workshops/town_hall/energy_ecology.pdf
7 www.riken.jp/engn/r-world/research/lab/nsc/index.html
8 www.fz-juelich.de/portal/index.php?index=721&cmd=show&mid=475
9 ThirdEuropeanReportonScience&TechnologyIndicators2003,http://cordis.europa.eu/indicators/third_report.htm
10 Theknowledgeeconomy,IstheUnitedStateslosingitsCompetitiveEdge?www.futureofinnovation.org/PDF/Benchmarks.pdf
11 ScienceandEngineeringindicators2004,www.nsf.gov/statistics/seind04/
12 www.bluecollarcomputing.org/
Toponderzoek
18
Een cruciale elektronische factor in de oxidatie van (vervuilende) organische stoffen, de z.g. acceptor orbital op het ferryl ion FeO2+.
Deze orbital wordt geactiveerd door de specifieke omringing (‘ligand-omgeving’) die het z.g. EDTA ligand biedt.
Prof.dr.E.J.(EvertJan)Baerends
Vrije Universiteit Amsterdam
Onderzoeksgebied
Theoretischechemie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
DeTheoretischeChemiehoudtzichbezigmet
hetvoorspellenenbegrijpenvandechemieop
basisvandefenomenenopatomaireschaal:
debewegingenvanatomenenkernenzoals
beschrevendoordekwantummechanica.
Hieruitzijnallemacroscopischeeigenschappen
vanmateriëlesystemenafteleiden,zowel
(anorganische)materiaaleigenschappenalshet
gedragvanzachtegecondenseerdematerie.
Omditambitieuzeprogrammatotstandte
brengenzijngrootschaligeberekeningenop
basisvandeSchrödinger-vergelijkingofde
(relativistische)Dirac-vergelijkingnodig.Het
gaatomsystemendieuitzeerveelelektronen
enkernenkunnenbestaan.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Toepassingenvanonswerkvindenplaatsop
verscheidenemaatschappelijkrelevantegebieden.Heterogenekatalyse(bijv.deautokatalysator)wordtbestudeerdmetdynamica
vankleinemoleculendiebotsenmetenuiteenvallenopmetaaloppervlakken.Oxidatiekatalyse,bijvoorbeeldoxidatiemetbehulpvan
waterstofperoxidemetbehulpvanijzerionen
alskatalysator,iseenvoorbeeldvanhomogene
katalysediedirectverbandhoudtmetallerlei
industriëleblekingsprocessenenmetzuivering
vanafvalwater.
Eendeelvanonsonderzoekbetreftzware
elementenalsuraniumenthorium,waarvoor
relativistischeeffecteninrekeningmoeten
wordengebracht.Ditdraagtbijaande
oplossingvanhetafvalprobleemvankernenergie.Eenanderonderzoekbetreftde
reactiesdiebijdeopbouwvanhetDNAmolecuulinonslichaambetrokkenzijn,en
dragenbijaaninzichtdatfundamenteelkan
bijdragenaanbijvoorbeeldkankertherapieën.
Petascalechallengevoordetoekomst
Veelvanonswerkdraaitom(zeer)grote
systemen.Hetzijhetaantalatomeniszeer
groot(DNA),hetzijhetaantalelektronenper
atoomiszeergroot(uranium),hetzijhetgoed
meenemenvandeeffectenvandeomgeving
(bijvoorbeeldoplosmiddel,zoalswatervoor
oxidatiekatalyse)leidentotzeergrotesystemen.Grotesystemenvragenzeerveelrekentijd,omdatdebenodigderekentijdzeersnel
toeneemt(veelsnellerdanlineair)metde
groottevanhetsysteem.Hoemeerrekenkracht,hoerealistischerdesimulatiesworden.
1
20
Een ronde, turbulente straal. Akoestische druk plus vorticiteit, Re=5.000 en Ma=0,9.
Prof.dr.ir.B.J.(BendiksJan)Boersma
Technische Universiteit Delft
Onderzoeksgebied
TurbulenceDynamics,ComputationalFluid
Dynamics
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
De(samendrukbare)Navier-StokesvergelijkingenwordenopgelostmetbehulpvanDirecte
NumeriekeSimulatieofLargeEddysimulatietechniekenenhighordernumeriekemethodes.
Toepassingenliggenophetterreinvan
turbulenteverbranding,aëroakoestieken
multifasestromingen.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hogesnelheidstromingengenererengeluid.
Eenvandebekendstevoorbeeldenishetlawaai
datwordtveroorzaaktdoordestraalmotoren
vanvliegtuigen.Datlawaaiisvooreengroot
deeltoeteschrijvenaandeturbulentestroming
achterdemotor.Computerondersteundetools
waarmeedeturbulentestromingenhet
daardoorveroorzaaktelawaaivoorspeld
kunnenwordenkunnenuiterstnuttigzijn
indeontwerpfase.
Petascalechallengevoordetoekomst
DeCPU-tijdenhetgeheugengebruikin
turbulentestromingenkomenovereenmet
dederdemachtvanhetReynoldsgetal.Voor
verdubbelingvanhetReynoldsgetaliseen
computernodigdieachtkeergroter(sneller)is.
OpditmomenthebbendeReynoldsgetallen
diewekunnensimulereneentelagewaarde
omechtrelevantestromingentebestuderen.
MeteenPetascalecomputerzullenwereële
problemenkunnenonderzoeken,zoalshet
lawaaivanstraalmotoren.
21
22
Antal van den Bosch praat met het publiek na afloop van een lezing voor kinderen over de ‘slimme domme kracht’ van
robots en computers, bijvoorbeeld van het vertaalsysteem van Van den Bosch dat, zoals ook het vertaalsysteem van
Google, helemaal geen taalkundige kennis bezit van de talen waartussen het vertaalt.
Prof.dr.A.P.J.(Antal)vandenBosch
Universiteit van Tilburg
Onderzoeksgebied
Computerlinguïstiek(theorie)/taal-en
spraaktechnologie(toepassing)
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
InhetTilburgcentreforCreativeComputing
wordentechniekenuitdekunstmatige
intelligentie,zogenaamdezelflerendesystemen,
toegepastoptaalverwerkingstaken:vertalen,
hetuitsprekenvantekst,hetdetecterenvan
foutenintekst,hetbeantwoordenvanvragen,
enhetvoerenvandialogen.Zelflerende
systemenlerendezecomplexetakendooruit
tegaanvangrotehoeveelhedenvoorbeelden,
zoalsverzamelingenvanreedsvertaalde
teksten.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Indedagelijksepraktijkvanzowelkenniswerkersalsanderecomputergebruikersis
automatischingebouwdetaalondersteuning
vangrootbelangvoorhetontsluitenvan
informatieenkennis,bijvoorbeeldalsdie
alleenineenanderetaalbeschikbaarisdan
diedegebruikerkent.Ookvoormensendieeen
achterstandhebbeninhetkunnenverwerken
vantaalzijnautomatischehulpmiddelen
vangrootbelang.Sectorenwaarintaal-en
spraaktechnologiegebruikersgrotediensten
kunnenverlenen,zijnzorg,onderwijs,
veiligheidenmedia.
Petascalechallengevoordetoekomst
Detaalverwerkingstakendiezelflerende
systementelerenkrijgendrijvendezetechnieken
tothetuitersteinhetgebruikvanzowel
geheugenalsverwerkingscapaciteit.Omeen
goedevertaalserviceteontwikkelenalsdievan
translate.google.com,isdecapaciteitvaneen
supercomputernodig.Lerendesystemenlaten
zichdoorgaansuitstekendparallelliseren,maar
wathungeheugengebruikbetreftgeldtdathet
nooitgenoegis;meteenPetascalesysteemkan
verdergetestwordendannunogmogelijkis.
23
24
De elektronische bandstructuur van grafeen afgezet op boornitride. De inzet toont een vergroting van de banden rond het K-punt,
waar een kloof zichtbaar is.
Prof.dr.J.(Jeroen)vandenBrink
Universiteit Leiden
Onderzoeksgebied
Theoretischevastestoffysica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Hetonderzoekrichtzichophetfundamenteel
begripvanelektronischeeigenschappen
vanmaterialenzoalssupergeleiding,ferroelektriciteitenmagnetisme,doormiddelvan
kwantummechanischeberekeningenop
atomairniveau.Onzefocusismetname
materialenwaaringecorreleerd,collectief
gedragvanelektroneneenessentiëlerolspeelt,
zoalskoperoxideenijzer-arseenverbindingen
diebijhogetemperatuursupergeleiden,
mangaanoxidenmetkolossalemagnetoweerstandenbepaaldestroomgeleidendeplastics.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Eenfundamenteelbegripvandeelektronische
structuureneigenschappenvanmaterialenis
buitengewoonwaardevolomtottoepassingen
vannieuwematerialentekomen.
Petascalechallengevoordetoekomst
Ferro-elektrischematerialenwordenveelvuldig
toegepastinmodernemicro-elektronica,
bijvoorbeeldinRAM-geheugensenelektromechansichesensoren.Detoegepaste
ferro-elektricazijntotzoveranorganisch.
Recentisdespeurtochtnaarorganische,
plasticferro-elektrischematerialeningezet.
Eenvoordeelisdatzijflexibelzijnenin
principegeïntegreerdkunnenwordenmet
biologischweefsel.Onsdoelisteberekenen
hoesterkdeintrinsiekeferro-elektrische
polarisatievanveelbelovendeorganische
verbindingenis.Omdatdemoleculairestructureninkwestiezeercomplexenomvangrijk
zijn,isdaarvoorgroterekenkrachtvereist.
25
26
[Ni4O18]24--cluster, omgeven door 18 Y3+ en 16 Ni3+ positieve ionen (die met behulp van daarmee corresponderende potentialen
worden beschreven) en ingesloten in puntladingen. Dit geheel vormt een klein deel van het ab-vlak van een YNiO3-kristal.
Voor dit embedded cluster worden kwantumchemische CASSCF-berekeningen uitgevoerd om ladingsdisproportionering in
YNiO3-kristallen te bestuderen.
Aymeric Sadoc, Coen de Graaf en Ria Broer, in voorbereiding.
Theoretische Scheikunde, Zernike Institute for Advanced Materials, Universiteit Groningen.
Prof.dr.R.(Ria)Broer
Rijksuniversiteit Groningen
Onderzoeksgebied
TheoretischeChemie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Mijnonderzoekgaatzichdekomendejaren
concentrerenophetvoorspellenvanelektronischeenmagnetischeeigenschappenvan
overgangsmetaalverbindingen.Dezeeigenschappenhangensterkafvanstructuuren
samenstellingvandematerialen.Theoretisch
chemischonderzoekiseennoodzakelijke
schakelbijhetbegrijpenvandeeigenschappen
enhetontwerpenvannieuwematerialen.Dit
werkwordtgedaaninnauwesamenwerking
metexperimentelegroepen,vooralbinnenhet
GroningseZernikeInstituut,maarookdaarbuiten.Deeigenschappendiedezeverbindingen
interessantmakenzorgenerookvoordatze
nietbeschrevenkunnenwordenmetdegebruikelijkekwantumchemischerekenmethoden.
Inmijngroepiseennieuwemethodeontwikkelddiewelgeschiktis.Wehebbenallaten
ziendatdezenieuweaanpak,diegebaseerdis
opeenveel-elektronbandenmodel,werkt:onze
berekeningenblijkeninderdaadvoorspellende
waardetehebben.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Deverbindingenwaaraanwijonderzoekdoen
zijntechnologischinteressant,inverbandmet
bijvoorbeeldoptischaangedrevenschakelingen,
transportvandataenenergieenminiaturisering
vandata-opslag.
Petascalechallengevoordetoekomst
Denieuwemethodeisveelrekenintensiever
dandestandaardaanpakken,zowelwat
betreftrekentijdalsgeheugen,maarom
werkelijkevooruitgangteboekenkunnenwe
nietandersdandezewegkiezen.Hetstaat
buitenkijfdatditonderzoekalleenkanworden
uitgevoerdalsweinNederlanddebeschikking
hebbenovereenTopfaciliteitvoorComputational
Research.
27
Onderzoeksgebied
TheoretischeChemie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
28
Mijnonderzoekgaatzichdekomendejaren
concentrerenophetvoorspellenvanelektro-nische
enmagnetischeeigenschappenvan
overgangsmetaalverbindingen.Dezeeigenschappenhangensterkafvanstructuuren
samenstellingvandematerialen.Theoretisch
chemischonderzoekiseennoodzakelijkeschakel
bijhetbegrijpenvandeeigenschappenenhet
ontwerpenvannieuwematerialen.Ditwerkwordt
gedaaninnauwesamenwerkingmet
experimentelegroepen,vooralbinnenhet
GroningseZernikeInstituut,maarookdaar-buiten.
Deeigenschappendiedezeverbindingen
interessantmakenzorgenerookvoordatzeniet
beschrevenkunnenwordenmetdegebruikelijke
kwantum-chemischereken-methoden.Inmijn
groepiseennieuwemethodeontwikkelddiewel
geschiktis.
Wehebbenallatenziendatdezenieuweaanpak,
diegebaseerdisopeenveel-elektronbandenmodel,
werkt:onzeberekeningenblijkeninderdaad
voorspellendewaardetehebben.
Een satellietopname van algenconcentraties in de Stille Oceaan nabij San Francisco. De rode kleur nabij de kust (rechts in
de figuur) geeft hoge algenconcentraties weer en de blauwe tinten geven lage algenconcentraties weer. Ver van de kust zijn
algen nagenoeg afwezig. De kleurschakeringen geven goed de langgerekte filamenten en de ronde wervelstructuren weer en
visualiseren daarmee mooi de stromingspatronen aan het oceaanoppervlak.
Prof.dr.H.J.H.(Herman)Clercx
Technische Universiteit Eindhoven
Onderzoeksgebied
Stromingsleer
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Eénvandespeerpunteninhetinternationale
turbulentieonderzoekbetrefthetdynamische
gedragvandeeltjes(zoalsbellen,druppels,
poeders)mettraagheid,grootteenvormin
turbulentestromingen.Eenhomogene
deeltjesverdelingzaldoortoedoenvande
turbulentestromingspontaneontmenging
kunnenvertonen.Erontstaandangebieden
waardeeltjessamenklonteren,engebieden
waardeeltjesslechtsinrelatieflageconcentratie
voorzullenkomen.Naastdesimulatievande
turbulentestromingzelfzullendekostenvan
ditsoortberekeningenlineairschalenmethet
aantaldeeltjes(N).
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hieropvoortbouwendzijnervoordenabije
toekomstvelenieuweuitdagingen:Degroeivan
druppelsinturbulentestromingenwaarbij
botsingentussendruppels,hetsamengaanof
opbrekenvandruppelsenfaseovergangeneen
belangrijkerolzullenspelen.Hierbijkangedacht
wordenaandefysicavanwolkenvorming(met
namedeverschijnselenopmicroschaal),maar
ookaanbepaaldeindustriëleverbrandingsprocessen.
Eenheelandervoorbeeld,maarmetdirect
belangvoorondermeerdeeconomie(visserij,
toerisme)endevolksgezondheid,betreftde
grootschaligeverspreidingensamenklontering
vanalgeninmerenenkustzeeën.Bijdeze
processenspelengrootschaligegeofysische
stromingen,turbulentieengemiddelde
temperatuur-ofzoutgradiënteneen
belangrijkerol.
Petascalechallengevoordetoekomst
Indezevoorbeeldenschaaltdebotsingswaarschijnlijkheidenhetaldannietsamengaan
vandeeltjesinturbulentestromingenmetN2.
Datvereistvoorsimulatieszowelslimme
algoritmesenzeersnellecomputers.Het
beantwoordenvanwetenschappelijkevragen
waarbijbotsingenvandeeltjesinturbulente
stromingencentraalstaanisurgent.Het
gebruikvangeavanceerdecomputercodes
enrekenfaciliteitenisdaarbijonontbeerlijk.
2
30
Prof.dr.ir.H.A.(Henk)Dijkstra
Universiteit Utrecht
Onderzoeksgebied
DynamischeOceanografie/Klimaatdynamica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
EenvandegroteonzekerhedeninhetklimaatonderzoekishetgedragvandeAtlantische
oceaancirculatieindekomende100jaar.
Erzijnaanwijzingendatdestromingenbinnen
dekomendedecadensterkkunnenveranderen
metalsgevolgeensterkereductieinhetmeridionalewarmtetransport.Mijnonderzoekricht
zichophetbegrijpenvandefysischeprocessen
diedeontwikkelingvandeAtlantische
oceaancirculatiebepalen.
Maatschappelijkerelevantie/impact
SnelleveranderingenindeAtlantische
oceaancirculatiekunneneengrooteffect
hebbenophetklimaatingrotedelenvan
West-Europaendaarmeeopdenatuurlijke
enmaatschappelijkesystemenaldaar.Het
begrijpenenvoorspellenvandeontwikkeling
vandeoceaancirculatievoordekomende
decadenisdaarmeeessentieelvoorhet
ontwikkelenvangoedeadaptatiestrategieën
metbetrekkingtotklimaatverandering.
Petascalechallengevoordetoekomst
Mijngroteuitdagingishetberekenenvande
ontwikkelingvandeglobaleoceaancirculatie
opeentermijnvan100jaarmetbehulpvaneen
gekoppeldoceaan-atmosfeermodelwaarbijhet
oceaan-modeleenzodanigeresolutieheeftdat
demesoschaalwervelsenhuninteractiegoed
wordengerepresenteerd.
31
Twee negatieve streamers in stikstof bij atmosferische druk die zich neerwaarts
ontwikkelen en elkaar afstoten; de figuur toont de oppervlakken van constante
elektrondichtheid in een gevorderde ontwikkelingsfase met een constant
achtergrondveld.
Gepubliceerd in A. Luque, U. Ebert, and W. Hundsdorfer, Phys. Rev. Lett. 101, 075005
(2008), en ook in Nature genoemd. http://homepages.cwi.nl/~ebert/Nature08.pdf
32
Deveelschaligeuitdaging:
Poissonvergelijking overal oplossen.
Dichtheden in geïoniseerd gebied oplossen.
Steile gradienten met grote
nauwkeurigheid oplossen.
Dit alles binnen het beschikbare
computergeheugen.
Overzicht van de inherente schaal van een zich voortplantende streamer.
Prof.dr.U.M.(Ute)Ebert
CWI Amsterdam en Technische Universiteit Eindhoven
Onderzoeksgebied
Demultiscalestructuurvanvonkenenbliksem
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Deelektrischeontladingiseenvoudigopte
wekkenenalgemeenbekendvanvonkenen
blikseminonzeleefomgeving,maarzewordt
gekenmerktdooreenextremeveelvoudvan
lengteentijdschalen.Deeerstefaseisde
‘streamer’-ontlading,dieleidttoteenzelffocusseringvanelektrischekrachtenaan
dekopvandelopendeontladingentotde
opbouwvaneenexotischplasmainde
streamerkopvervanevenwicht;zelijktwel
opeenzelfgegenereerdeplasmareactor.De
energieomzetvaneenelektrischepulsin
scheikundigeenandereproductenisextreem
efficiënt.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Daaromheeftdestreamer-ontladingveelvoudigetoepassingenindeenergie-,milieu-
enanderetechniek,beginnendvandebougies
inonzeauto’sviaenergiebesparendelampen
endesinfectietotaantoepassingeninde
verbrandingscontroleinenergiecentrales,
afscheidingvannanodeeltjesenplasmacontrol
vandeluchtwervelsbovenvliegtuigvleugels.
Maarzekanookdeverklaringzijnvoor
gamma-rayflashesuitonweerswolkenen
bliksemschichten–onverklaardegamma-ray
flasheszijnernietalleeninhetheelal,maar
ookoponzeeigenaarde!
Petascalechallengevoordetoekomst
Streamer-ontladingentredenvaakmetduizendentegelijkopenwisselwerkendynamisch
metelkaarin3D.Zezijnmillimetersdiken
hebbeneeningewikkeldeinwendigestructuur.
Inkleinegebiedenindestreamerkoppenmoet
dedynamicavanenkeleelektronengevolgd
wordenendescheikunde,diezetotstand
brengen.Hetisduidelijk,datditprobleem
alleentepakkenisdoordecombinatievan
slimmeaanpak,modelreductieengrootschaligeberekeningenvanderesulterende
gereduceerdemodellen.Westellendaaromeen
NederlandsPetascalesysteemzeeropprijs.
33
34
Prof.dr.C.(Claudia)Filippi
Universiteit Leiden
Onderzoeksgebied
Theorievanelektronenstructuren
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Binnenmijnonderzoeksgebied,detheorie
vanelektronenstructuren,richtikmeopde
methodologischeontwikkelingvannauwkeurigebenaderingenvooronderzoeknaar
deelektroneneigenschappenvanmaterialen.
Momenteelbenikmetnamegeïnteresseerdin
debeschrijvingvanfoto-excitatieprocessenin
biologischesystemen,waarvoordebeschikbare
numerieketechniekenslechtsbeperkttoepasbaarlijkentezijn.Meerinzichtindeprimaire
excitatieprocesseninfotobiologischesystemen
isnietalleenvanbelangvanuithetoogpunt
vanfundamenteelonderzoek,maarookvoor
bestaandeenpotentiëletoepassingenophet
gebiedvanbiologie,biotechnologieende
ontwikkelingvanhulpmiddelenvoorkunstmatigefotosynthese.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hetuiteindelijkedoelvanmijnonderzoekis
tekomentotnauwkeurigetheoretischeen
numerieketoolswaarmeeonderzoekersop
basisvandegrondbeginselenhetbestaan
vannieuwematerialenenmoleculenmet
specifiekestructuur-enelektroneneigenschappenkunnenvoorspellen.
35
36
Aggregatie van membraanstructuren.
Prof.dr.ir.J.G.E.M.(Hans)Fraaije
&dr.G.J.A.(Agur)Sevink
Universiteit Leiden
Onderzoeksgebied
Dethermodynamicavanzachtematerie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Onzegroepgebruiktmodellenengrootschalige
simulatiesomzachtenanosystemenopeen
schaalvan1to100nmbetertebegrijpen.De
nadrukligtopblockcopolymerenenhybride
composietmaterialen,inzowelfundamentele
(Mesodyn),alsindustrieelrelevantecontext
(Culgi).Bijindustriëletoepassingengaathet
omhetontwerpenvannieuwematerialen,
bijvoorbeeldnieuwezonnecellen,groene
zepenofkunstoffenvoorminderzwareauto’s.
Recentontwikkeldemethodenbrengenook
debiologischezachtemateriebinnenbereik.
Inhetbijzonderrichtenweonsophetincorporerenvanverschillendetijd-enlengteschalen
inheterogenesystemen,metalsbelangrijkste
toepassinghetmodellerenvanuiterstcomplexe
mesoscopebiologischesystemen,zoals
chloroplasten.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Zachtehybridematerialenzijnuitstekend
geschiktomtechnologischeuitdagingen
zoalsminiaturisatieenmulti-functionaliteit
hethoofdtebieden.Tegelijkertijdvereist
assemblageopindustriëleofbiologische
schaalcontrolevanallefactorendieaan
deeigenschappenvanhetmateriaalten
grondslagliggen.Inbiologischezachte
materievallenveeldynamischeprocessen
buitendeexperimenteleresolutie.
Petascalechallengevoordetoekomst
OnzePetascaleuitdagingishetmodelleren
vandedynamicaineenheterogenemesoscopebiologischestructuur,zoalseenchloro-
plast.Eencompletestudievereisteengroot
aantalsimulatiesvoorhetbepalenvande
relevantevariabelen.Ineenmodelvoor
eenchloroplastmetgrootte1-10µm,datis
gediscretiseerdopeengridmetresolutie
1-10nm,correspondeertelketijdstapmet
hetoplossenvanO(1010)ruimtelijkgekoppel-
dePDE’s.Ditiseenenormeuitdagingvoor
Petaschaalsimulaties,maarzou,bijgebleken
succes,eenreusachtigestapvoorwaarts
betekenenvooronsbegripvandelevende
natuur.
37
38
Voorspelling van de verspreiding van een cluster van interagerende deeltjes in een turbulente stroming zoals in procesindustrie
wordt toegepast. De spontane vorming van grootschalige clusters ontstaat door inelastische botsingen tussen de ongeveer
1 miljoen deeltjes. Het vervolgens uiteenvallen van dergelijke clusters geeft de interactie met de onderliggende turbulente menging
weer. In deze simulatie van een verticale riser-stroming zijn de Navier-Stokes vergelijkingen op een zeer fijn rooster gesimuleerd,
in combinatie met het nauwkeurig volgen van de deeltjesbanen, inclusief de onderlinge botsingen tussen de deeltjes.
Prof.dr.ir.B.J.(Bernard)Geurts
Universiteit Twente
Onderzoeksgebied
Stromingsleer
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Ophetgebiedvanturbulentestromingsberekeningenspeelteensupercomputereen
centralerol.Deontwikkelingeninafgelopen
jarenmakeneenstapnaarhetpreciesvoorspellenvandeverspreidingvanvervuilende
stoffenindeluchteninhetwatermogelijk.
Dezekunneneensterkeacutebelasting
vormenalsgevolgvanbijvoorbeeldeen
industriëleramp,ofeenverhoogd,steeds
aanwezigrisicolevereninstedelijkegebieden.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Meteenomvattendecomputermodellering
kaneenwaardevollebijdragewordengeleverd
aanhetverbeterenvanhetleefklimaatin
Nederland,alsmedeeenbijdrageaande
hoogwaardigekennisindustrieinonsland.
Daarnaastzijnermeerenmeertechnologische
ontwerpproblemenwaarbijkennisvanturbulentestromingessentieelisomtekomentot
ontwerpendiebeteromgaanmetschaarse
grondstoffenenenergie.Computermodellen
dragenbijaanoptimalisatievanontwerpen
opeenniveaudattotvoorkortnietmogelijk
wasentallozenieuwekansengeeftaande
Nederlandseindustrie.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hetvoorspellenvandedispersievanvervuilende
stoffenindeatmosferischegrenslaagovereen
stedelijklandschapmeteengedetailleerde
weergavevandepreciezestedelijkestructuren
kantegenwoordigwordenoverwogenopbasis
vangrootschaligesimulaties.Daartoedient
nietalleendelokalestromingopeenschaal
van10mtewordenverdisconteerdmaarook
dewijdereomgeving.Ditvereisteennauwkeurigenestingvanmodellendieeenconsistente
weergavevandeonderliggendefysische
verschijnselenmogelijkmaken.Bovendien
dientdeactuelemeteorologischeconditie
tewordenopgenomenviamodernedataassimilatietechnieken.Meteendergelijke
simulatiekandehaalbaarheidvanhet
voorspellenvanturbulenttransportover
stedelijkegebiedenwordenonderzochten
optermijneenbelangrijkebijdrageworden
gegevenaaneengezonderenveiliger
leefmilieu.
3
40
Op Rijnhuizen wordt Magnum-psi gebouwd, een opstelling waarmee plasma wand wisselwerking onder ITER relevante
omstandigheden zal worden bestudeerd. Door de lage druk moet de gasflow worden gesimuleerd door moleculen op hun weg
door de machine te volgen (Monte Carlo simulatie).
De figuur toont het resultaat van een dergelijke berekening, namelijk de gasdruk en het stromingspatroon. Magnum-psi is een
systeem met drie secties, links is de plasmabron, rechts het substraat. Dit soort simulaties wordt extreem rekenintensief wanneer
alle aspecten van het plasma worden meegenomen.
Prof.dr.W.J.(Wim)Goedheer
FOM-Instituut voor Plasmafysica en Universiteit Utrecht
Onderzoeksgebied
Plasmafysica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Plasmafysicaiseenvakgebieddatmetrecht
‘multi-scalephysics’magheten.InITERspelen
verschijnselenzichafineenrandlaagvan
millimetersvaneenbrandendplasmavan
1000m3engebeurtenissendieveelkorter
durendaneenmillisecondebepalenmedehet
gedragvanditminutenlangbestaandeplasma.
Inenergiewordenzevendecadenbestreken,
gaandevanhetkoudeplasmaaandewandtot
deheliumkernendieinhetfusieprocesworden
geproduceerd.Simulatiesvaneendergelijk
plasmazijndanookalleenmogelijkwanneer
ereenhoogwaardigeICT-infrastructuur
voorhandenis.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Fusiereactorenkunnenindetoekomstvoorzien
ineenbelangrijkdeelvanonzeelektriciteitsproductie.BijdeopwekkingwordtgeenCO2
geproduceerdendegeïnduceerderadioactiviteit
isordesvangroottelagerdanbijsplijtingsreactoren.
Petascalechallengevoordetoekomst
Veelontwikkelingisnognodigmetbetrekking
totdekoppelingvanmodellenvoordiverse
aspectenvanhetplasma.Vaakzijnditzeer
rekenintensievekinetischemodellen,waarmeehetplasmaophetniveauvandesamenstellendedeeltjeswordtgesimuleerd.Terecht
warenplasmasimulatiesopgenomeninhet
NWO-prioriteitsprogrammaComputational
Science.
41
42
Prof.dr.M.A.M.(Martien)Groenen
Wageningen Universiteit en Researchcentrum
Onderzoeksgebied
Levenswetenschappen,Genomica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Onsonderzoekrichtzichophetinkaart
brengenenbegrijpenvandewerkingvanhet
genoomvandieren.Onzeprimaireaandacht
gaatdaarbijuitnaarlandbouwhuisdieren,
zoalskip,varken,rundenkalkoen.Daarnaast
doenwebinnendiversesamenwerkingsprojectengenetischonderzoekaanandere
soortenzoalsbijvoorbeelddekoolmees.Als
gevolgvannieuwetechnologieën,zoalstweede
generatiesequentietechnologieen‘whole
genomeassociation’studies,transformeert
hetgenoomonderzoekzichsteedsverdertot
eeninformatiewetenschapwaarbijsupercomputersnietmeerwegtedenkenzijn.
Vooreeninternationaalsterkepositievan
genoomonderzoekenbioinformaticain
Nederland,istoegangtotsupercomputerfaciliteitendanookessentieel.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Inzichtenkennisomtrentdewerkingen
interactievanallegenenbinneneengenoom
isvanuitermategrootbelangvoorverdere
veredelingvanlandbouwhuisdieren.Denadrukbinnenonsonderzoekligtdaarbijop
ziekteresistentie,welzijnengedragskenmerken.
Daarnaastdraagthetgenoomonderzoekaan
dezedierenbijtoteenbeterinzichtinde
werkingvanevolutionaireprocessen,endraagt
hetvergrotenvanonzekennisoverdegenen
bijdezediersoortenookbijaanhetvergroten
vanonzekennisomtrentdewerkingvanhet
genoomvandemens.
Petascalechallengevoordetoekomst
Eentrenddiezichbinnendegenomicaaftekent,ishetintoenemendematebeschikbaar
komenvangehelegenoomsequentiesvoor
alledenkbarespeciesenzelfsvanmeerdere
individuenbinneneensoort.
Het‘1000humangenomes’-initiatiefisdaarvan
eengoedvoorbeeld.Dezetrendzalzichinde
toekomstdoorzettennaaranderesoorten.De
benodigderekenkrachtencomputergeheugen
binnenhetgenoomonderzoekzaldaarom
exponentieelblijvenstijgen.Detoenamein
dehoeveelheidgenoomdataismomenteel
zelfsvelemalengroterdandetoenamein
rekenkracht.
43
44
Tweefase stroming in poreuze media; grafische weergave van capillaire druk/verzadigingsbereik.
Prof.dr.ir.S.M.(Majid)Hassanizadeh
Universiteit Utrecht
Onderzoeksgebied
Stromingentransportinporeuzemedia
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Onsonderzoekheeftbetrekkingopdestroming
vanmeerdere,eenofmeerstoffenbevattende
vloeistoffendooreenporeusmedium.Bij
modelleringvandestromingvanmeerdere
vloeistoffentredenelkaarbeïnvloedende,
niet-lineaireprocessenop;dezewordenop
verschillendeniveaus(porie,kolom,field)
bestudeerd.Alsdevloeistoffennietzuiverzijn
eneenofmeerderestoffenbevatten,treedt
vaakmassatransportvandezestoffentussen
devloeistoffenop.Ditresulteertinvloeistofeigenschappendievaninvloedzijnopde
stroming,hetgeenweergevolgenheeftvoor
hetmassatransport.Erisdussprakevaneen
hogematevanonderlingebeïnvloedingen
niet-lineariteit.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Poreuzemediakomenintalvan–zowel
kunstmatigealsnatuurlijke–systemenvoor.
Bijveelindustriëleprocessenspelenmultifase
stromingenentransportinporeuzemedia
eenrol.Devoorbeeldenzijnlegio:brandstofcelprocessen,drogenvanpapierpulp,voedselproductieen-veiligheid,filtratieprocessen,
beton-enkeramiektoepassingen,vochtabsorberendeproducten,textielproducten,
verdrogingprocessen,polymeerverbindingen
enwasmiddelenindevormvantabletten.
Debekendstenatuurlijkeporeuzemedia
waarbijsprakeisvanmultifasestromingen
entransportzijnbodems,waterhoudende
grondlagenenbassins.Dergelijkeprocessen
komenechterookvoorbijbiologischeweefsels
enplanten.Verderkomtersteedsmeeraandacht
voordebiomechanischeaspectenvanporeuze
weefsels,kunstmatiggekweektlevendweefsel
endetoedieningvanmedicijnenopbasisvan
tissueengineering.
Petascalechallengevoordetoekomst
Wemoeteneenaantal(meerdandrie)sterk
metelkaarsamenhangendeniet-lineaire
partiëledifferentiaalvergelijkingenoplossen.
Daarvoorzijnvaakzeerveelnumeriekegridcellennodig.Eensimulatiemetstandaard
computerskanweleenweekduren.Petascale
computersmakenhetmogelijksimulaties
binneneenredelijketijd(circa1uur)uitte
voeren.
45
46
Prof.dr.H.J.(Jaap)vandenHerik
Universiteit van Tilburg
Onderzoeksgebied
Informatica-KunstmatigeIntelligentie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
InhetonderzoekGoForGozijnwedeuitdaging
aangegaanomeenintelligenteGo-spelerte
ontwerpendieopwereldkampioensniveau
speelt.Totvoorkortleekditonbegonnenwerk
omdatGoandereeisensteltdanschaken.De
komstvandenieuwetechniekUCTende
adequatetoepassingvanMonteCarloTree
Searchhebbendeopinieoverdetoekomstvan
computerGodrastischgewijzigd.Op9x9
bordenspeelthetbesteprogrammagelijkop
metdemenselijkewereldtop.Deuitdagingligt
bijde19x19borden.Daarkanalleensucces
behaaldwordendoorgebruikmakingvaneen
supercomputer.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hetzoekennaardefundamentenvan
intelligentgedragishetuitgangspuntvanons
onderzoek.SindsKasparovverslagenisdoor
DeepBlue(1997)isdeonderzoeksaandacht
verschovennaarGo.Ditoostersespelherbergt
veelgeheimenendebeoefenaarshebbeniets
fascinerends.Watiserwetenschappelijkgezien
mooieromdiepdoortedringenindezewereld
endeprincipesvanspelenopwereldkampioensniveauteachterhalen?
Petascalechallengevoordetoekomst
EenPetaflopsysteemgeeftmeerkrachtaanhet
MonteCarloTreeSearchProcessterwijlhetUCT
algoritmedaneenbeterebalanskanvinden
tussenExploratieenExploitatie,datwilzeggen
erismeerruimtevoorexploratiemetals
mogelijkgevolghetontdekkenvannieuwe
strategieën.
47
48
Momentopname van de doorsnede van een gasstroming waarbij een ster een supersone equatoriale ring van gas uitstoot
die tegen de binnenkant van een accretieschijf botst. Rood is de gasdichtheid, groen de gasdruk, en blauw de absolute
waarde van de snelheid.
Prof.dr.V.(Vincent)Icke
Universiteit Leiden
Onderzoeksgebied
Kosmologieenstralings-gasdynamica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Zowelaanhetbeginalsaanheteindvanhet
levenvaneenstervindteenheftigeinteractie
plaatstussenhetgasdatdesteruitstootof
opvangt,enhetgasindeomgeving.Doelvan
hetonderzoekisomdievroegeenlatefasen
uithetlevenvaneensterbetertebegrijpen.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Ditonderzoekzoujeruwwegkunnen
samenvattenmet‘meteorologievanhet
Heelal’.Preciesdezelfdenatuurkundeen
rekenmethodenzijnbruikbaar(zijhetdan
ookminderextreem)opAarde.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hetzelfdedoen,maarnumetcompleet
stralingstransport.Indezefasenvansterren
isdeuitwisselingvanenergieenimpuls
doorstralingvanhetgrootstebelang.
Stralingstransportiseenzevendimensionaal
probleemwatCPUengeheugenruimte
vreet.MetonzenieuweVoronoi-Delaunay
triangulatiemethoden,vervatindecomputercodeSimpleX,kunnenweditprobleem
aanpakken.
4
50
Deel van een grafeenlaag waarop thermaal opgewekte golfjes te zien zijn, verkregen via Monte Carlo-simulatie
(Fasolino A., Los J. H., Katsnelson M. I. Nat. Mater. 6, 858 (2007)).
Prof.dr.M.I.(Mikhail)Katsnelson
Radboud Universiteit Nijmegen
Onderzoeksgebied
Theorievangecondenseerdematerie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Onsonderzoekconcentreertzichmomenteel
vooralopgrafeen,eennieuweallotroopvan
koolstofdienognietzolanggeledenontdekt
is.Grafeenisheteersteechttweedimensionale
kristal(hetiseenmembraanmeteendiktevan
slechtséénatoom)enisdaaromvanzeergroot
belangvoormateriaalonderzoekenstatistische
fysica.Verderkunnendankzijdebijzondere
aardvanhetspectrumvanelektronenergiein
grafeen(massalozeDiracfermionen)nieuwe,
onvermoederelatiestussendenatuurkundige
wereldomonsheenendedeeltjesfysicagelegd
worden.Jezougrafeendanookeen‘CERNvoor
ophetbureau’kunnennoemen.Sommige
ongewoneverschijnselendieviadeeltjesversnellersnietofnauwelijksnagebootstkunnen
worden,kunneningrafeengoedbestudeerd
worden(Klein-paradox,vacuümreconstructie
viaelektrischeontladingeninsuperkritische
omstandigheden,enz.).
Maatschappelijkerelevantie/impact
Grafeenisgeheelvlakenkenmerktzichdoor
eenzeerhogeelektronenmobiliteit.Hetwordt
danookgezienalseenveelbelovendmateriaal
voordeelektronicavandetoekomst.
Petascalechallengevoordetoekomst
Voorsimulatiesvandemechanische,thermale
enstructuureigenschappenvangrafeenenvoor
hettheoretischonderzoeknaardechemische
functionalisatieervanmethetoogopdeafleidingvannieuwetweedimensionalematerialen
metbepaaldegewensteeigenschappenmoet
gewerktwordenmetzeergroteeenheidscellen
(duizendenmiljoenenatomen)omhetonregelmatigelongwave-gedragvastteleggen.We
zullengebruikmakenvanparallellecodesvoor
zowelfundamenteleberekeningenvande
elektronenstructuuralsberekeningenopbasis
vanatomistischeMonteCarlo-techniekenen
moleculairedynamica.
51
52
Structuur van een laag grafeen op een metaaloppervlak.
Prof.dr.P.J.(Paul)Kelly
Universiteit Twente
Onderzoeksgebied
Nanoscience
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Studievanderelatietussendechemische
samenstelling,deatomairestructuurende
fysischeeigenschappenvancomplexehybride
structurenopnanoschaalmetbehulpvan
kwantummechanischeberekeningen,om
zodoendenieuwematerialen,structurenen
devicesmetbetereeigenschappentekunnen
voorspellen.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Wewerkenaanonderwerpenzoals:spin
transport,dieeconomischvangrootbelangis
inverbandmetmagnetischeopslagenvorig
jaarwerdbeloondmetdetoekenningvande
Nobelprijsaandeuitvindersvanhetreuze
magnetoweerstandseffect;nieuwelegeringen
voorwaterstofopslag;metaal-organische
grensvlakkeninverbandmetlichtemissie;
grafeendatmogelijkhedenbiedtvoornieuwe
elektronicaenz.
53
54
Lineaire trends in massaveranderingen (links) en hoogteveranderingen (rechts) boven de Zuidpool voor de periode maart 2003
t/m maart 2007. De massaveranderingen resulteren uit de analyse van metingen van NASA’s zwaartekrachtsatelliet GRACE; de
hoogteveranderingen uit de analyse van metingen van ESA’s aardobservatiesatelliet ENVISAT. GRACE metingen werden met behulp
van een hiervoor door DEOS ontwikkelde methode op de supercomputerfaciliteiten van SARA verwerkt. De analyse van de ENVISAT
gegevens gebeurde door het Center of Space Research, University of Texas at Austin. Een negatieve trend is een gevolg van het
smelten van ijs, een positieve trend een gevolg van accumulatie van sneeuw; het massaverlies overweegt.
Prof.Dr.-Ing.habil.R.(Roland)Klees
Technische Universiteit Delft
Onderzoeksgebied
AardobservatieenRuimtevaartsystemen
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Inhetkadervanhetonderzoekprogramma
AardobservatieenRuimtevaartsystemen
verrichtDEOSonderzoeknaarmassatransportprocesseninhetsysteemAarde,diegekoppeld
zijnaanglobaleklimaatveranderingen
zoalshetsmeltenvanpolaireijskappen,
zeespiegelveranderingenendroogteen
overstromingeningrotestromingsgebieden.
Eenvandegrootsteproblemendaarbijisdeze
veranderingennauwkeurigtekwantificeren.
Eendoorbraakwerdrecentelijkbereiktdoor
satellietzwaartekrachtmetingenteanalyseren
enderesultatentecombinerenmetmetingen
vananderesatellieten.Hetonderzoekricht
zichdaarbijopdeontwikkelingvanalgoritmen
voordeverwerkingvandemeetgegevensende
combinatievandesatellietwaarnemingenmet
fysischemodellen.Hetuiteindelijkedoelisde
ontwikkelingvanbeteremodellenvoordiverse
processen,diedoorklimaatveranderingen
wordenveroorzaakt.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Globaleklimaatveranderingenkomentot
uitdrukkinginmassatransportprocessenin
hetsysteemAarde.Hetkwantificerenvan
dezeprocessenlevertdenodigeinformatie
omfysischemodellentevaliderenente
verbeterenmetalsdoeldebetrouwbaarheid
vanvoorspellingenopbasisvandezemodellen
teverhogen.
Petascalechallengevoordetoekomst
Voorhetkwantificerenvanklimaatrelevante
processenmoetenmeetgegevensvanmeerderesatellietsensorenwordenverwerkt.De
combinatievantechnologischevooruitgang,
hogeeisenquaresolutieinruimteentijden
betrouwbaarheidvandeverstrekteinformatie
endecomplexiteitvandeonderliggende
fysischeprocessenleidttotgrootschalige
rekentechnischeproblemen,diealleenmet
behulpvankrachtigesupercomputerfaciliteiten
kunnenwordenopgelost.Zonderinvesteringen
indemodernstesupercomputerfaciliteiten
zalhetnietmogelijkzijndegegevensvande
volgendegeneratievanaardobservatiesatellietenteexploiteren
55
56
Prof.dr.ir.C.R.(Chris)Kleijn
Technische Universiteit Delft
Onderzoeksgebied
Stromingsleer
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Hetnumerieksimulerenvangas-envloeistof
stromingenisvaneminentbelanginhet
ontwerpendeoptimalisatievanchemische
processen,energieomzettingsprocessen,
materiaalbewerkingsprocessen,schepen,
automobielenenvliegtuigen,waterwerken,enz.
Numeriekestromingssimulaties,gebaseerdop
hetnumeriekoplossenvandeNavier-Stokes
vergelijkingenvergenzeerkrachtige
computers.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Driethema’szijnvangrootbelangvooreen
duurzametoekomst:water,milieu,energie.In
elkvandezethema’sspeeltdestromingsleer
(stromingvangassenenvloeistoffen)een
eminenterol.
Petascalechallengevoordetoekomst
Deontwikkelingvandecomputerkrachtinde
afgelopendecennia(Moore’slaw)extrapolerend
naardetoekomst,kanaangetoondwordendat
hetnogenigedecenniazaldurenvoordatwe
instaatzijndeNavier-Stokesvergelijkingen
voorrealistischeproblemenoptelossenmet
voldoendetemporeleenspatiëleresolutie.
Voordeverdereontwikkelingvanhetvakgebied
blijftdebeschikbaarheidvanstate-of-the-art
supercomputersdaaromessentieel.
57
58
Prof.dr.ir.B.(Barry)Koren
CWI Amsterdam, Technische Universiteit Delft en Universiteit Leiden
Onderzoeksgebied
Numeriekestromingsleer
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Ontwikkelingvangeavanceerderekenmethoden
voordesimulatievangas-envloeistofstromingeninindustriëletoepassingen(luchtstromingomauto’senvliegtuigen,waterstromingomschepen,enz.).Aandeauto
opdefoto,deSpykerC8Spyder(sportauto
vanNederlandsontwerpenfabrikaat),hebik
metstudentenbelangrijkeaerodynamische
berekeningenuitgevoerd.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Computersimulatiemaakthetmogelijkom
technischeproblementebestuderenenopte
lossen,waarvoorexperimenteelonderzoek
technischmoeilijk,duur,gevaarlijk,ofeenvoudigwegonmogelijkis.Omdaternog
geeneindinzichtisaandegroeivanzowel
computersalsrekenmethoden,zijnde
potentiëlemogelijkhedenvancomputersimulatieenorm.
Petascalechallengevoordetoekomst
Gedetailleerde3D,tijdsafhankelijkesimulatie
van:
•deaerodynamicavanwindturbineparken
(samenmethetECN),
•demagnetohydrodynamicavanhetplasma
inITER(kernfusiereactor,samenmetFOMRijnhuizen).
5
60
Vergelijking berekende diffractiewaarschijnlijkheden (curves) met experimenteel gemeten waardes (symbolen)
voor verstrooiing van H2 aan Pt(111), voor de [11-2] en de [10-1] invalsrichting.
Uit: P. Nieto et al., Science 312, 86, 2006 (publicatie van o.a. onze groep in Science).
Prof.dr.G.J.(Geert-Jan)Kroes
Universiteit Leiden
Onderzoeksgebied
Kwantumdynamicavanchemischereacties
aanoppervlakken
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Hetdoelvandegroepistekomentot
kwantitatievevoorspellingenvanreactiesnelhedenenreactiewaarschijnlijkheden,
voorchemischereactiesopoppervlakken.
Daarbijwordtgebruikgemaaktvan
kwantumdynamica,envanpotentiële
energieoppervlakkendieberekendzijnmet
behulpvanelektronenstructuurmethoden.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hetvermogenomkwantitatievevoorspellingentedoenvoorsnelhedenvanchemische
reactiesopoppervlakkenisvanbelangvoor
o.a.heterogenekatalyse,enproductieen
opslagvanwaterstof.Heterogenekatalyse
speelteenbelangrijkerolbijdeproductievan
meerdan90%vandoormensengemaakte
chemischestoffen.Productieenopslagvan
waterstofzijnnodigindewaterstofeconomie,
waarinuitstootvanCO2vermedenkanworden.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hetdoenvanvoorspellendeberekeningenvoor
dedissociatievechemisorptievanmethaanop
eennikkeloppervlakmetbehulpvankwantum
dynamicaberekeningen,metmeenemenvan
allemoleculairevrijheidsgradenvanmethaan.
Dedissociatievechemisorptievanmethaanop
nikkelisdesnelheidsbepalendereactieinhet
zogenaamde‘steamreforming’-proces,
waarmeenuwaterstofopcommerciëlewijze
gemaaktwordt.
61
62
Opname van een front tracking stromingssimulatie van een bi-disperse verzameling bellen.
Rond de grote bel (met een diamater van 4 mm) bevinden zich 20 kleine bellen.
Het volume van de grote bel is 20 keer hoger dan dat van de kleine bellen.
Prof.dr.ir.J.A.M.(Hans)Kuipers
Universiteit Twente
Onderzoeksgebied
FundamentalsofChemicalReaction
Engineering(FCRE)
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
DeonderzoeksgroepFCREneemto.a.deelinde
OnderzoekSchoolProcesTechnologie(OSPT)en
hetJ.M.Burgerscentrumvoorstromingsleeren
richtzichopdegrondbeginselenbinnenhet
vakgebiedChemicalReactionEngineering.
Hetbelangrijksteaandachtsgebiedisde
kwantitatievebeschrijvingvantransportverschijnselen(waarondervloeistofstroming)
endeinteractiemetfysischeen/ofchemische
processeninmeerfasenreactoren.
Kennisuitbreidingopditgebiedendeontwikkelingvannieuwereactormodellenmeteen
grotervoorspellendvermogenvoordeze
industrieelbelangrijkecategorievanreactoren
vormenbelangrijkedoelenvanonsonderzoek.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Onzeoutputbestaatvooraluitfundamentele
modellenvoorComputationalFluidDynamics
enexperimenteletechniekenvoorvloeistofdynamica.Dezekunnentoegepastwordenom
meerinzichttekrijgenindevloeistofdynamica
endedaaraangekoppeldemassa-enwarmteoverdrachtprocesseninmeerfasenreactoren
dieveelvuldigwordentoegepastingrootschaligeproductieprocessen.
Petascalechallengevoordetoekomst
WestrevenernaarmeteenPetascalesysteem
tekomentoteenvolledigopgelostesimulatie
vanmeerfasenstroming(stromingenmet
bellenofgranulairestromingen)metde
kleinstedetailsindeordevangroottevan
0,1mmeneenstromingsgeometrieindeorde
vangroottevan1m.Hiervoormoetenindrie
ruimtelijkedimensiesplusééntijdsdimensie
1015-1018vergelijkingenopgelostworden.
63
64
Bellen en zware deeltjes in turbulentie opgewekt via een volledig numerieke simulatie. Het Taylor-Reynoldsgetal is Reλ = 180.
De eerste afbeelding laat de volledige slice van 512x512x8 zien; de tweede is een uitsnede van 256x256x8.
Gerealiseerd in samenwerking met dr. Enrico Calzavarini (Twente), prof. Federico Toschi (TUE) en dr. Massimo Cencini (CNR, Roma, Italië).
Referentie: Calzavarini, E., Cencini, M., Lohse, D., & Toschi, F.
Quantifying Turbulence-Induced Segregation of Inertial Particles.
<http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRLTAO000101000008084504000001&idtype=cvips&gifs=yes>
Phys. Rev. Lett. *101*, 084504 (2008).
Prof.dr.D.(Detlef)Lohse
Universiteit Twente
Onderzoeksgebied
PhysicsofFluids
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Onzeonderzoeksgroepbestudeertverschillende
stromingsverschijnselen,metnamediewaarbij
belleneenrolspelen.Daarbijmakenwegebruik
vanexperimentele,theoretischeennumerieke
technieken.Debelangrijksteonderzoeksgebiedenzijn:
•Turbulentieentweefasestroming
•Granulairestroming
•Micro-andnanofluïdica
•Biomedischetoepassingenvanbellen
Maatschappelijkerelevantie/impact
Wekunnenhiervolstaanmeteencitaatvande
AmerikaanseNationalCommitteeonTheoretical
andAppliedMechanics:“Vloeistofdynamica isdewetenschapdiedebewegingvanvloei-
stoffenengassenenhuninteractiemetvaste
lichamenbeschrijft.Hetiseenbreed,interdisciplinairvakgebieddatraaktaannagenoeg
elkaspectvanhetdagelijksleveneneen
belangrijkerolspeeltinveelnatuurwetenschappelijkentechnologischonderzoek.
Vloeistofdynamicaisvanbelangvoordefensie
enbinnenlandseveiligheid,detransportsector,
deindustriëleproductieendefarmaceutische
industrieenspeeltookeenrolophetgebied
vanbiologie,energieenhetmilieu.Voortalvan
voorspellingen,ofhetnugaatomdestroming
vanbloedinhetmenselijklichaam,hetgedrag
vanmicrofluïdischehulpmiddelen,deaërodynamischeprestatiesvanvliegtuigen,auto’s
enschepen,dekoelingvanelektronische
componentenofdegevarenvanweeren
klimaat,isdiepgaandinzichtindevloeistofdynamicanodig.”
Petascalechallengevoordetoekomst
Wenoemenhiertweenumeriekeuitdagingen,
eenopeenmacroschaalvantientallenkilometers
eneenopnanoschaal.
Volledigeturbulentieiseenvandegroteproblemenvandeklassiekefysica.Datkomtdoordatheteenmultiscaleprobleemis:dedissipatie
vanenergieopkleineschalen(micrometer)
endegrenslagenmetvergelijkbarediktezijn
bepalendvoordebewegingenopgroteschaal.
Bijturbulentemultifasestromingenisdesituatie
noggecompliceerder:deeltjesofdruppels
kunnendeturbulentebewegingopgrote
schaalvolledigveranderenenzobijvoorbeeld
devormingvanwolkenin deatmosfeer
bepalen.
Denumeriekeuitdagingenopnanoschaalvoor
dekomendetienjaarbetreffenondermeer
deinteractietussenoppervlakenstroming.Zo
wetenwedatdechemischeeigenschappenvan
eenondergedompeldmateriaalbepalenofzich
opeenoppervlakaldannietbellenvormen;
meeronderzoekopdatpuntisvangrootbelang,
omdatditprocesgroteinvloedheeftophet
glijdenvandestromingoverhetoppervlak.
65
66
Prof.dr.W.L.(Leo)Meerts
Radboud Universiteit Nijmegen
Onderzoeksgebied
Biofysica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Eengoedekennisvandestructuurvan
biomoleculenisvanbelangvoorhetbegripvan
debiologischeprocessenwelkeindenatuur
plaatsvinden.Vanveelbiomoleculenisbekend
datzijeengrootaantalverschillende,bijna
evenstabieleconformatieshebben.Toch
selecteertdenatuurslechtseenvandeze
mogelijkheden.Aangeziendeeffectiviteitvan
debiologischefunctiessterkbepaaldwordt
doordedriedimensionalestructuurvande
moleculenhelpthetbepalenvandeze
structuurbijhetverkrijgenvaneenbeter
functioneelbegrip.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Modernehoogopgelostespectroscopische
methodenmakenhetmogelijkdestructuur
endaarmeedefunctievanbiomoleculenof
hunbouwstenentebepalen.Ookmicrosolvatie
processenkunnenwordenonderzocht.
Aangeziendeanalysevandezespectramenselijk
praktischnietmeermogelijkis,gebruikenwij
heuristischealgoritmenzoalsEvolutionaire
Algoritmen,ParticleSwarmOptimizationen AntColonyOptimizationvoorhetautomatisch
analyserenvandeexperimentelespectra.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hierbijisveelcomputerkrachtvereist,waarbijbijdedooronsgebruiktemethodesde
parallellisatievanhetrekenprocesoptimaal
wordtbenut.Deindelaatstejarenbeschikbaar
gekomenrekenkrachtheefteenenorme
impactgehadophetroutinematiganalyseren
vancomplexemoleculairespectra.Grotere
rekencapaciteitbetekentdatgrotereen
ingewikkelderebiomoleculenbestudeerd
kunnenworden,waarmeeeendieperinzicht
inbiomoleculaireinteractieskanworden
verkregen.
67
68
De figuur laat een berekend energiediagram zien van de eerste stap in de synthese van koolwaterstoffen uit de atomen ervan op
het oppervlak van ijzer. Hoe hoger de energie, hoe minder stabiel de verbinding. Het rood gekleurde pad verwijst naar de directe
binding van een waterstofatoom met een koolstofatoom. Het indirecte pad loopt via tussenfasen van lagere energie en is dan ook
meer voor de hand liggend (met dank aan PhD-student mevr. A. Govender).
Prof.dr.J.W.(Hans)Niemantsverdriet
&dr.D.(Daniel)Curulla
Technische Universiteit Eindhoven
Onderzoeksgebied
PhysicalChemistryofSurfaces
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
OnzeonderzoeksgroepPhysicalChemistry ofSurfaces,onderdeelvandefaculteit
ScheikundigeTechnologieenChemieaande
TechnischeUniversiteitEindhoven,maakt
gebruikvancomputationalchemistryin
combinatiemetexperimenteletechnieken
vooroppervlakteonderzoekomonderzoekte
doennaardeadsorptieenreactievankleine
moleculenopoppervlakken.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Wezijnmetnamegeïnteresseerdinde
elementairestappenvandechemischereactie
waarbijaardgasenbiomassaomgezetworden
insynthetischebrandstoffen(Fischer-Tropschsynthese).Daarnaastproberenwemeerinzicht
tekrijgenindekatalytischereactiviteitvan
goudoppervlakken,een‘hottopic’binnenhet
katalyseonderzoekvanditmoment.Nanogouddeeltjeslijkenaantrekkelijkekatalysatoren
tezijnvoortalvanmilieurelevantereacties,
zoalsheteliminerenvanverontreinigende
stoffen,onaangenamegeuren,enz.
Petascalechallengevoordetoekomst
MeteenPetascalesysteemontstaannieuwe
mogelijkhedenomhogerecomplexiteitniveaus
toetepassenbijdesimulatievankatalytische
reactiesendebeschrijvingvandiereacties
meerrelevantietegevenvoordereëlewereld.
Deaannameisdatnieuwe,zeernuttige
katalytischereactiesopbasisvanrekenkundige
voorspellingengevondenkunnenworden.
6
70
De necropolis op het plateau van Giza gezien als ogen gevoelig zouden zijn voor donkere materie. Hier zijn de resultaten van een
kosmologische simulatie uitgevoerd op twee supercomputers, de Nederlandse Huygens bij SARA en de Cray XT4 van het Center
for Computational Astrophysics in Tokyo, gebruikt als achtergrond van een foto van de piramides.
Dr.S.F.(Simon)PortegiesZwart
Universiteit van Amsterdam
Onderzoeksgebied
ComputationeleAstrofysica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Wijsimulerendestructuurvorminginhet
Universumzoalsdezetotstandkomtuitde
modernekosmologie.Eenvandegrootste
problemenvandekosmologieisdatde
klonterigheidvangesimuleerdestructuren
nietovereenkomtmetwaarnemingen.De
simulatiesvoorspellenenkelehonderden
kerenmeerkleinesterrenstelselsdanzijn
waargenomen.
Doormiddelvandekoppelingvanverschillende
supercomputersviaeenintercontinentaal
optischnetwerkverwachtenwijeenbelangrijke
bijdragetekunnenleverenaandezediscussie.
Tegelijkertijdzullenwijmetonzeberekeningen
aantonendateengridvansupercomputers
rendabelis.
Maatschappelijkerelevantie/impact
DeastronomiewerdaldoordeEgyptenaren
omstreeks2500v.Chr.bedreven,methetoog
endoormiddelvanprimitieveberekeningen.
VolgensdeEgyptischemythologiewerdde
zonnegodRegeborenuitNut,degodinvande
Melkweg.Sindsdietijdheeftzowelhetrekenen
alshetbestuderenvanhetUniversumeen
enormevluchtgenomen.GeneratiesHomo
sapienszijnintussenopgegroeid,zichverwonderendoverdekosmosgroeidenzijuit
totverstandigewereldburgers.Zowelhet
grootschaligrekenenalsdeastronomieleveren
zodoendeeenbelangrijkebijdrageaande
beschavingzoalswijdiekennen.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hethuidigerekenvermogenlimiteertonze
berekeningentothetsimulerenvaneen
kosmischvolumevanslechtsenkele100
miljoenkubiekelichtjaar.Hierdoorkunnen
wijwelconclusiestrekkenoverrelatieflokale
structuren,maaropeengrotereschaalblijven
velevragenonbeantwoord.MeteenPetaflops-
schaalcomputer(ofmisschienlievernogenkele
Xonaflops)zullenastronomenhunberekeningen
kunnenopschalenwaardooreengrootdeelvan
hetzichtbareuniversumnumeriekbestudeerd
kanworden.Eendergelijkgrootvolumeis
interessantvanwegedemogelijkheidom
Einsteinsalgemenerelativiteitstheorie
metkosmologischesimulatiesteverifiërenen
zodoendeeenkwalitatievebijdrageteleveren
aandeeigenschappenvandonkerematerie
71
72
Prof.dr.H.A.(Hans)deRaedt
Rijksuniversiteit Groningen
Onderzoeksgebied
Computationalphysics
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Hetvoornaamstewetenschappelijkedoel
vanhetonderzoekisomaantetonendathet
mogelijkisomeenalgoritmische,realistische
beschrijvingtegevenvanmicroscopische
fenomenenophetniveauvanindividuele
gebeurtenissen,zondergebruiktemaken
vanconceptenvangolfmechanica.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hetopleidenvanmensendieinstaatzijnde
mogelijkhedenvangeavanceerdecomputers
tenvolletebenutten.
Petascalechallengevoordetoekomst
Eigenaanhetvakgebiedisdathetgeheugen
datnodigisomdemodellentekunnen
simulerenexponentieelgroeitmethetaantal
variabelenvanhetmodel.Eenmodelmet
slechts36variabelenvereistalsnel1Terabyte
aangeheugenenhetspreektvanzelfdataldie
dataookbewerktmoetworden.Deintellectuele
uitdagingbestaaterinomalgoritmestebedenkendiederekencapaciteitvaneenPetaflop
machinetenvollebenutzodatwedegrensvan
watgesimuleerdkanwordenaanzienlijkkunnen
verleggen.
73
74
Prof.dr.D.J.E.M(Dirk)Roekaerts
Technische Universiteit Delft
Onderzoeksgebied
Turbulenteverbranding
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Bijdesimulatievanturbulenteverbranding isdeuitdagingeringelegendeniet-lineaire
interactiestussenstromingenchemischereactie
tevattenineennauwkeurigrekenmodelen
tegelijkertijdviavereenvoudigingvanchemie
enstromingdebenodigderekenkrachtte
beperken.Ditwordtgedaandoorde‘large
eddy’-simulatievanturbulentietecombinerenmetstatistischedeelmodellenvoorvlamstructuren.Deberekeningenvoorspellen
vlamstabiliteit,emissiesenwarmtefluxen
wordengevalideerddoorvergelijkingmet
laserdiagnostischemetingen(foto).
Maatschappelijkerelevantie/impact
Meerinzichtinturbulenteverbrandingbiedt
mogelijkhedenvoordeontwikkelingvan
industriëleverbrandingssystemenzoals
gasturbines,fornuizenenmotorenmeteen
substantieelhogereefficiëntieensignificant
lagereemissiesvanvervuilendestoffen.
Petascalechallengevoordetoekomst
Eengrotererekenkrachtmaakthetmogelijk
nauwkeurigeresimulatiesteverrichtenvan
turbulentevlammen,opeenschaaldichterbij
dievandeindustriëlepraktijken/ofmetmeer
gedetailleerdechemischeschema’svoorde
vormingvanvervuilendestoffen.
75
76
Een granulaire pakking, waarin de dikte van de lijnen de sterkte van de kracht tussen de deeltjes aangeeft.
Prof.dr.ir.W.(Wim)vanSaarloos
Universiteit Leiden
Onderzoeksgebied
Gecondenseerdematerie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Berekenenvandestatischeendynamische
responsevanzachtegecondenseerdematerie,
zoalsgranulairematerialen,schuim,gels,enz.
Dewetenschappelijkeuitdagingvandit
onderzoekisomhetverbandteleggentussen
demicroscopischeinteractiesvandedeeltjes
(korrels,bellen)enhetmacroscopischegedrag
(stroming,stijfheid)vandezematerialen.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Dematerialendiewebestuderenkomt
iedereenindedagelijksepraktijktegen,
scheerschuim,gel,plastics,eenhoop
kiezelstenen;eenjuistemodelleringvanhet
gedragvanhetfysischegedragvandergelijke
stoffenisvrijwelaltijdookvanbelangvoorde
industrie.
Petascalechallengevoordetoekomst
Onzehuidigesimulatiesaanschuimwordenin
grootteenduurbeperktdoordebeschikbare
computerkracht:wijhebbenontdektdathet
stromingsgedragvaneenfundamenteel
modelvoorschuimbepaaldwordtdoorvier
verschillendeinteracties.Metdehuidige
computerkrachtkunnenwijslechtstwee
voldoendevariërenomhetgedragsystematisch
tebestuderen.MetPetascalesimulatieszouden
wehethelefasediagramsystematischkunnen
analyseren.
77
78
Het reactieve centrum voor CO-activering.
Prof.dr.R.A.(Rutger)vanSanten
Technische Universiteit Eindhoven
Onderzoeksgebied
Moleculaireheterogenekatalyse
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Demoleculairebasisvankatalytischeverschijnselenwordtonderzochtdoorgedetailleerde
studievandereactiesdieplaatsvindenaanhet
oppervlakvanactievekatalytischesystemen.
Ditonderzoekleidttotontwerpvannieuweof
verbeterdekatalysatoren.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Heterogenekatalytischeprocessenvormen
debasisvan90%vandehuidigegrootschalige
chemischeprocessen.Verbeteringvandeze
processenlevertbelangrijkebijdragenaan
energiebesparingenmilieuontlasting.Nieuwe
processenzijnnodigomeenoplossingtebieden
aanhuidigeenergieenklimaatproblematiek.
Erwordtonderzoekgedaanaankooldioxideomzetting(reductiebroeikaseffect),waterstofopslagengeneratie(waterstofeconomie)en
synthesegas-omzettingvanbelangvoorconversievanaardgasenkolennaarbenzineof
diesel.Erisookonderzoekvanbelangvoorde
conversievanbiomassa.
Petascalechallengevoordetoekomst
Eengroteuitdagingvoorhetontwerpvan
katalytischesystemenisdezezoteontwerpen
datzijzichzelfverbeterenonderinvloedvan
gewenstereactieomstandigheden.Wedienen
dansystementeontwerpendieevolutionair
gedragvertonen.
Inbeperktematekunnenkatalysatorenzichzelf
reparerenenzelfszichzelfreorganiserenals
reactieomstandighedenzichwijzigen.Deze
systemenheeftmenkunnenontwerpendankzij
hetgedetailleerdeinzichtdatsupercomputers
verschaffen.
Computersimulatiesvanchemosystemendie
hetgedragvertonenvanlevendesystemen,als
eencelligebacteriën,zijnnodigomontwerp
van‘smart’en‘lerende’katalytischesystemen
tekunnendoen.Wezijnhierinhetgebiedvan
multiscalemodellingmetintegratievanprocessenvanverschillendelengteentijdschalen.
7
80
Prof.dr.W.H.A.(Wil)Schilders
Technische Universiteit Eindhoven en Philips Research
Onderzoeksgebied
Simulatievanhetontwerpvanschakelingen
voorRF-enanaloge/gemengdesignalen
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Bijhetontwerpvangeavanceerdeschakelingen
voorRF-enanaloge/gemengdesignalenzijn
wiskundigetechniekenonmisbaar.Allevirtuele
ontwerpomgevingendiedoorontwerpers
wordengebruiktzijninhogematevanwiskundigeberekeningenafhankelijk.Voorde
nieuwstegeneratieschakelingenensystemson-chipmoetenalleparasitaireeffectenen
onderlingekoppelingennauwkeurigkunnen
wordengesimuleerd.Ditbetekentdatsimulatiesvanhalfgeleiders,schakelingenenelektromagnetischeveldenaanelkaargekoppeld
moetenkunnenwordenendatgelijktijdige
simulatievanallecomponentenineenvolledig
ontwerpmogelijkmoetzijn.Ditsteltzeerhoge
eisenaanzoweldenumeriekealgoritmesals
decomputerinfrastructuur.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Deelektronica-industriestaataandebasis
vaneenvandemeestingrijpenderevoluties
diedemensheidooitheeftgekend.Wekunnen
onszelfnauwelijksnogeenvoorstellingmaken
vaneenwereldzonderelektronischehulpmiddelen,mobieletelefoonsenlaptops.De
ontwikkelingvanelektronicaheeftookgrote
betekenisgehad–enheeftnogsteedsgrote
betekenis–voordegezondheidszorg,het
monetairesysteementalvananderesectoren
eninstellingen.Ontwerpenproductievan
complexeproductenzijninhogemateafhankelijkvandeprestatiesindeelektronica-industrie.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hetisabsoluutnoodzakelijkdatallemogelijke
koppelingenenonderlingeinteractiestussen
componentenineensystem-on-chipworden
onderzochtomervoortezorgendatontwerpen
wordenontwikkelddievoldoenaanhetdictaat
van‘firsttimeright’.Eennoggrotereuitdaging
ishetuitvoerenvanoptimalisatiesvandergelijke
systemenophetallerhoogsteniveau.Dergelijke
simulatieskunnenalleenwordengerealiseerd
opbasisvanzeerveelextrarekenkracht,in
combinatiemetdemeestgeavanceerde
wiskundigealgoritmes.Ditisvoordesector
vooralsnogonhaalbaar,maarkanrealiteitwordenalseenPetascalesysteembeschikbaaris.
81
82
Prof.dr.P.M.A.(Peter)Sloot
Universiteit van Amsterdam
Onderzoeksgebied
ComputationalScience
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Computersimulatievanbiomedischeprocessen.
Denadrukligtopmultiscalemodellingvan
infectieziektes.(zie:www.virolab.org).
Maatschappelijkerelevantie/impact
OnsHIV-simulatieonderzoekgeeftinzichtin
beteremedicatievoorHIV-geïnfecteerden.
Zie:[1]en[2].
Petascalechallengevoordetoekomst
Vanbelangishetdoorrekenenvande
bindingsaffiniteitvanReverseTranscriptase
enProteaseEiwittenmetverschillende
medicijnenondermutatiedrukvanhet
Retrovirus.Dezebindingsaffiniteitwordt
vervolgensgebruiktomdeeffectiviteitvan
demedicijnentebepalenmaarookomde
transmissievanresistentieinseksuele
netwerkendoorterekenen.Zie:[1]en[3].
Meerinfo:www.science.uva.nl/research/pscs/
papers/sloot.html
83
REFS:
[1] P.M.A. Sloot: VIROLAB: from the molecule to the man, eStrategies Projects, nr 4 pp. 53-55. British Publishers Ltd, 2008.
www.science.uva.nl/research/pscs/papers/archive/Sloot2008b.pdf
[2] P.M.A. Sloot; F. Chen and C.A. Boucher: Cellular Automata Model of Drug Therapy for HIV Infection, in S. Bandini;
B. Chopard and M.Tomassini, editors, 5th International Conference on Cellular Automata for Research and
Industry, ACRI 2002, Geneva, Switzerland, October 9-11, 2002. Proceedings, in series Lecture Notes in Computer
Science, vol. 2493, pp. 282-293. October 2002.
www.science.uva.nl/research/pscs/papers/archive/Sloot2002d.pdf
[3] P.M.A. Sloot; S.V. Ivanov; A.V. Boukhanovsky; D.A.M.C. van de Vijver and C.A.B. Boucher: Stochastic simulation of
HIV population dynamics through complex network modelling, International Journal of Computer Mathematics,
vol. 85, nr 8 pp. 1175-1187. Taylor & Francis, 2008.
www.science.uva.nl/research/pscs/papers/archive/Sloot2007c.pdf
84
Overeenkomstig de Wet op de Waterkering moeten de primaire structuren voor de Nederlandse kustverdediging periodiek worden
gecontroleerd, teneinde zeker te stellen dat zij het vereiste beschermingsniveau kunnen bieden. Die controle is gebaseerd op de
zg. Hydraulic Boundary Conditions (HBC). Het spectrale windgolfmodel SWAN speelt een belangrijke rol bij de HBC-raming. Er
bestaat evenwel nog enige onzekerheid omtrent de betrouwbaarheid van SWAN wanneer het wordt toegepast op de geografisch
complexe Waddenzee. In dit verband verrichten wij onderzoek naar de inzet van High Performance Computing ter verbetering
van SWAN bij de zeer gedetailleerde en nauwkeurige modellering van stormgolven. Dit vereist een zeer fijnmazige structuur
om de plaatselijke topografische en bathymetrische kenmerken te kunnen definiëren en vastleggen die van invloed zijn op de
transformatieschaal voor wind en golfvorming. Onze recent ontwikkelde parallelle en ongestructureerde roosterversie van SWAN
biedt de mogelijkheid de resolutieschaal te verkleinen in een fysiek terrein van de Waddenzee van voldoende omvang tot 10-50
meter in de tidal gap (tussen de eilanden) en de inner-tidal kustzone, terwijl de resolutie in de rest van het gebied meerdere
kilometers bedraagt (zie bovenstaande figuur met een driehoekig rooster van 140.000 punten onderverdeeld in 16 load-balanced
subdomeinen). Een andere toepassing is de gedetailleerde en nauwkeurige voorspelling van hoge golven in het centraal-noordelijk
gedeelte van de Golf van Mexico als gevolg van orkanen. TU Delft heeft het SWAN-model ontwikkeld en verbeterd met steun van
het Amerikaanse Office of Naval Research en Rijkswaterstaat.
Prof.dr.ir.G.S.(Guus)Stelling
Technische Universiteit Delft
Onderzoeksgebied
Civieletechniek
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Waterstroomt,golftenwerveltaltijd.Hetrijst
enhetdaalt.Daarbijaangedrevendoorde
cyclusvanverdampingenneerslag,dewind
endezwaartekrachtenvandiversehemellichamen.Watervoertvanallesmee,opgelost
ofniet,zoalszout,fosfaten,zandenslib,soms
zelfsgrotestenen.Hierdoorverandertdekust
voortdurend,meandertdebeddingvande
rivierenbrekensomsdedijken.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Wijwillenhetwater,maarzonder‘zijneeuwige
rampen’.Dijken,waterwegen,vaargeulen,
havens,olieplatformen,landuitbreiding,dat
allesblijftnodigenneemtdrastischtoe,
wereldwijd.Steedsmeerzoektmennaareen
gepastebalansmetdenatuur.Steedsmeeris
menactiefoptechnischlastigeplaatsen,zoals
diepeoceanenofzeernoordelijkezeeën.Ofis
menactiefvlakbijplaatsenmeteenkwetsbare
natuurzoalskoraalriffen.
Petascalechallengevoordetoekomst
Diecomplexeevenwichtenenlastigeplaatsen
vragensteedsmeeromplussenenminnen,
kortomomrekenkracht.Bijvoorbeeldbijhet
beheervankustenzullenbetrouwbarevoorspellingenvanzandtransportonderinvloed
vangolvenenstromingveeleffectieverkustbeleidmogelijkmaken.Menstortopdejuiste
plekzand,inbalansmetdenatuurlijke
krachten,endenatuurvultaaninplaatsvan
omgekeerd.Hetismaareenvoorbeeld,erzijn
erveelmeer.Menmagstellen,daterzonder
groterekenkrachtinonsland,indetoekomst
kansengemistzullenwordenvoorevenwichtigeenwinstgevendeoplossingenvoor
veiligheid,economieennatuur.
85
86
Berekende turbulente stroming achter een blokje.
Prof.dr.A.E.P.(Arthur)Veldman
Rijksuniversiteit Groningen
Onderzoeksgebied
Simulatievanturbulentestromingen
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Overalomonsheenspelenstromingsprocessen
eenbelangrijkerol:bijdeontwikkelingvanhet
klimaat,inhetzogachtervliegtuigenenschepen,
indeverwarmingsketelthuisenbinneninons
lichaam.Inveelgevallenisdestromingturbulent,
voldynamischedetails.Turbulentieheeftzowel
gewenstealsongewensteeffecten.
Bijvoorbeeld,ineenverwarmingsketelbevordert
turbulentiedemengingvanbrandstofenlucht,
maarachtereenvliegtuigleidthettoteen
hogerbrandstofverbruik.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Naasthetuitvoerenvanexperimenten,kande
invloedvanturbulentiebestudeerdworden
doordestromingopeencomputertesimuleren.
Dekleinedetailsindestromingvereiseneen
hogeresolutievanderekenmethodeendaardoorzeerveelrekeninspanning.Indepraktijk
wordendezedetailsmeestalgemodelleerd,
maardaarbijgaatessentiëlefysicaverloren.
Petascalechallengevoordetoekomst
Metverfijningenvanhetwiskundigrekengereedschapprobeertonzeonderzoeksgroep
debenodigderekeninspanningbinnende
perkentehouden.Samenmetdevooruitgang
incomputerkrachtkomenhierdoormeeren
meerstromingstoepassingenbinnenbereik.
Alsvoorbeeldverwachtenwedatopeen
Petascalecomputerdestromingrondeen
vliegtuigtotinalledetailsdoorgerekendzal
kunnenworden.
87
88
Veranderingen in bosfractie [0-1] tussen 2050 en heden (de blauwe tinten wijzen op ontbossing) op basis van simulaties met
een chemie-klimaatmodel (ECHAM5/MESSy) voor onderzoek naar het effect van wijzigingen in vegetatie en bodemgebruik op
atmosferische chemie en klimaat via veranderingen in sedimentatie, emissies, meteorologie en de hydrologische cyclus.
Prof.dr.ir.P.(Pier)Vellinga&
dr.ir.L.N.(Laurens)Ganzeveld
Wageningen Universiteit en Researchcentrum en Vrije Universiteit Amsterdam
Onderzoeksgebied
Klimaatverandering:fundamenteleprocessen,
mitigatieenadaptatie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Hetonderzoekrichtzichophetverderverrijken
vandefundamentelekennisoverhetsysteem
Aardeendanmetnamehetthemaklimaatverandering,enhetopstellenvanmitigatieen
adaptiestrategieënvoorhetomgaanmetde
gevolgenvanverwachteklimaatveranderingin
Nederlandenanderekwetsbaregebieden.De
fundamenteleaardsysteemenklimaatstudies
enontwikkelingvanmitigatieenadaptatiestrategieënwordeno.a.onderzochtenontwikkeldopbasisvananalysesmetgedetailleerde
modelsystemen,bijvoorbeeldgekoppelde
chemie-klimaatmodellen,regionalekoolstof
cyclus-meteorologischemodellenenintegrated
assessmentmodellen,bijvoorbeeldvoorhet
bestuderenvanhetRijnwaterbekken.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hetonderzoekisvangrotemaatschappelijke
relevantiemetdehuidigeintensieveaandacht
voorhetthemaklimaat,duurzaamheiden
toekomstigeenergievoorziening.Eenbelangrijkeonderzoekscomponentishetthema
landgebruikwatopditmomenteenzeer
actueelthemaismedevanwegedelopende
discussieoverdeproductievanbiofuelsen
voedselproducten.
Petascalechallengevoordetoekomst
Deuitdagingwatbetrefthetgebruikvaneen
Petascalesysteemzitindemeerwaardevan
zo’nsysteemvoorhetuitvoerenvanensembles
integratiesmetdegekoppeldemodelsystemen,
bijvoorbeelddechemie-klimaatmodelsystemen
diezeerrekenintensiefzijnenwaarvooropdit
momenthetalleennogpraktischhaalbaaris
omrelatiefkorteintegratiesdoortevoeren
terwijl,mededoorderelatiefgroteonzekerheid
indeverschillendecomponenten,hetgewenst
isomprojectiesvantoekomstigklimaaten
andereaardsysteemcomponententebaseren
ophetgemiddeldevaneengrootaantal
modelintegraties.
8
0
Numerieke simulatie van vochttransport in de atmosferische
Numerieke simulatie van het versterkte verticale transport
grenslaag boven een heterogeen verwarmd oppervlak.
van isopreen door wolken. Isopreen is een biogene
De afbeelding laat een koude patch (x = - 3200 tot 0 m) naast
reactieve verbinding die wordt uitgestoten door bomen
een warme patch (x = 0 tot 3200 m) zien. Het verschil in
en een grote rol spelt bij de ozonvorming. In de instantane
warmteontwikkeling leidt tot een circulatie in de laagste
dwarsdoorsnede bevindt de wolk zich op circa x=3200 m
kilometer van de atmosfeer waarbij vochtige lucht (blauw)
en wordt het uitgestoten isopreen getransporteerd naar
naar warme gebieden getransporteerd wordt. Hier zal dan
bijna 3 km.
ook eerder wolkvorming optreden.
Referentie: Vilà-Guerau de Arellano, J. en Van den Dries, C.
Referentie: Van Heerwaarden, C. C. en Vilà-Guerau de Arellano, J.
(2008), Atmospheric Turbulent Reacting flows influenced by
(2008), Relative humidity as an indicator for cloud formation
shallow cumulus: a large-eddy simulation study. ERCOFTAC
over heterogeneous land surfaces. Journal of the Atmospheric
Bulletin (in voorbereiding).
Sciences, DOI:10.1175/2008JAS2591.1 (online publicatie).
Dr.J.Vilà-GueraudeArellano
Wageningen Universiteit en Researchcentrum
Onderzoeksgebied
MeteorologieenAtmosferischeChemie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Onsonderzoekisondermeergerichtop
atmosferischeturbulentieendeinvloed
daarvanophetweer,deluchtkwaliteiten
hetklimaat.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Meerinzichtinatmosferischegrenslagenen
turbulentieheeftdirecterelevantievoor
verbeteringvankennis,modelingenvoorspellingenmetbetrekkingtothetweer,het
klimaatendeluchtkwaliteit.Ditkomt
demenselijkeactiviteitendesamenleving
alszodanigtengoede.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hetonderzoekisinhogemategebaseerdop
numeriekeoplossingenvandeNavier-Stokes
vergelijkingenenanderevergelijkingenvoor
behoudvangrootheden(warmteenvocht)
aandehandvandezogehetenLargeEddy
simulatietechniek.Uitbreidingvande
computercapaciteitinNederlandinhetkader
vanditinitiatieflevertonsveelvoordeelop,
omdatweonsonderzoekdanookkunnen
richtenopmeercomplexestromingen,
domeinenvanbredereruimtelijkeen
langdurigeretemporeleintegratie,meer
verfijndenumeriekeoplossingenen,wat
betreftatmosferischechemie,opmeer
complexechemischemechanismen.Wegeven
danookallesteunaanderealiseringvande
Petascalesysteemenzullenbijdoorgangvan
hetprojectintensiefgebruikmakenvandeze
faciliteit.
1
Onderzoeksgebied
ComputationalDrugDiscovery:structurele
bioinformaticavoordrugdesignentranslationele
medicijnontwikkeling
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
2
Dihydrotestosteron-eiwitreceptor interactie.
Bioinformaticaengenomicshebbenzichontwikkeldtotbelangrijkedisciplinesbinnendefarmaceutischewetenschappen.Hetontwikkelenvan
betrouwbarecomputergeoriënteerdetechnieken
voorstructure-baseddrugdesignentranslationele
medicijnontwikkelingzijnbelangrijkeuitdagingen
inhetonderzoek.Demethodenwordeningezetom
tijdensdeontwerpfasedeverschillendemoleculaireeigenschappenwaaraaneengeneesmiddel
moetvoldoenopeenevenwichtigewijzeinte
bouwen.Ookspelendecomputermodellenen
simulatieseencrucialerolbijhetstimulerenvan
hetmultidisciplinaireonderzoeksprocesvan
geneesmiddelen.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Doordoorbrakeningenomicsonderzoekishet
inzichtinziekteprocessenophetmoleculaireniveau
sterktoegenomen.Ditheeftgeleidtotdeverdere
rationaliseringvanhetmedicijnontwikkelingsproces.ModerneICTenbioinformaticatechnieken
speleneenessentiëlerolomdegrotehoeveelheden
gegevensuitgenomicsomtezetteninbruikbare
biologischekennis.Ondanksdesnellewetenschappelijkeontwikkelingenwordtmedicijnontwikkeling
nogsteedsgekenmerktdoorhetvaakzeerlaatfalen
vanpotentiëlemedicijnenindeR&D-pijplijn.
Prof.dr.J.(Jacob)deVlieg
Schering-Plough en Radboud Universiteit Nijmegen
Ditheeftgeleidtotlageproductiviteitvande
farmaceutischeindustrieendaardoorzeerhoge
R&D-kosten.Degemiddeldekostenpergoedgekeurdmedicijnwordtopditmomentgeschatop
circa900miljoeneuro.Hetlaatfalenindepijplijn,
kanonderanderenwordenverklaarduithetfeitdat
deinvitro,invivoendiermodellenuitdevroege
researchfaseonvoldoendevoorspellendzijnvoorde
uiteindelijkewerkingvanhetpotentiëlemedicijnin
demens.Vaakpastijdenshetuitvoerenvangrote
enzeerkostbareclinicaltrialskomtmenerachter
datdewerkingofveiligheidvanhetnieuwemiddel
onvoldoendeis.Genomicsenmoleculaireimaging
techniekenkunnenhelpendevoorspelbaarheid
vanderesearchmodellenteverhogenmaarde
uitdagingisomdezewetenschappelijkemethoden
beterteintegrerenindecompleteR&D-pijplijn.
Deintegratieisinhetbijzonderessentieelvoor
hettranslationeleonderzoekwaarindoorbrakenin
genomicsenanderbasisonderzoekwordenvertaald
inconcretemedischeoplossingenvoorpatiënten.
NieuweICT,computermodellen,simulatieen
bioinformaticatechniekenzijnhiervooronmisbaar.
Petascalechallengevoordetoekomst
Krachtigeanalyse,dataopslagengeavanceerde
simulatietechniekenvoorhetdoorrekenenen
analyserenvanbiologischeprocessenzijnonmisbaaromdeenormehoeveelhedengenomicsen
imaginggegevensomtezetteninkennisvan
ziektenophetmoleculaireniveau.Uitdagingen
enprojectenomvatten:
•Bioinformaticatechniekenvoorhetvindenvan
nieuweaangrijpingspuntenvoormedicijnen
enbiomarkers.Ditbehelstmethodenvoorhet
geïntegreerdanalyserenvangenofeiwitexpressie
studies.Decomputermodellenensimulatietechniekenwordeningezetomvroeginhetresearchprocestevoorspellenofeennieuwmedicijn
bijwerkingenzalhebben(toxicogenomics).
Tevenswordenbioinformaticaensimulaties
gebruiktomnategaanofhetbeïnvloeden
dooreenmedicijnvaneenbepaaldeeiwitaangrijpingspuntofbiologischepathwaywel
ofnietzalleidentoteenpositieveuitwerkingop
hetziekteproces(targetvalidation).
•StructureleBioinformaticaenmoleculaire
dynamicasimulatiesvoorhetvoorspellenen
bestuderenvanconformatieveranderingenvan
eiwitaangrijpingspuntentijdenshetbinden
vaneenligandofmedicijn.Demethodenworden
tevensgebruiktvoorhetindecomputertesten
vanduizendenenduizendenstoffenopeiwitbinding(virtualscreening,pharmacophore
modelling).
•Integratievebioinformaticamethodenvoor
hetcombinerenvanchemischeenbiologische
gegevens.Destructurelebioinformaticamethodenzijnnodigommedicijnentemaken
metminderbijwerkingendoorzezeerspecifiek
teontwerpenvooreenbepaaldeiwitaangrijpingspunt.Geavanceerdedriedimensionale
visualisatiemethodenspelenhierbijookeen
groterol.
3
4
Eenvoudige vermazing van de oceanen (als voorbeeld van het rekenen aan relevante systemen).
Prof.dr.H.A.(Henk)vanderVorst
Universiteit Utrecht
Onderzoeksgebied
Toegepastewiskunde,inhetbijzonderde
numeriekewiskunde
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Ikbenspecialistophetgebiedvanhetzeer
grootschaligrekenen,inhetbijzonderhet
numeriekoplossenvangrotestelselslineaire
vergelijkingenenstabiliteitsproblemen.Mijn
artikeluit1992overBi-CGSTAB(eenmethode
voorzeergrotestelsels)washetwereldwijd
meestgeciteerdeartikeluitdejarennegentig.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hetmogelijkmakenvandeanalysevanzeer
complexesimulaties,zoalsdegevoeligheidvan
oceaanstromingentengevolgevan(klimaat-)
verstoringen,destabiliteitvanplasmaineen
kernfusiereactor,hetgedragvaneenelektronischechip,stabiliteitvanmechanische
constructies,realistischewaterhuishoudingsmodellen(grondwaterstroming,overstromings-
modellen),realistischeakoestischeproblemen
(resonanties),enz.
Petascalechallengevoordetoekomst
Eenrekenmethodeverderontwikkelenvoor
degevoeligheidsanalysevaneencompleet
realistischklimaatmodeltenaanzienvan
verstoringen.Dezemethodezaldanook
geschiktblijkenvooranderePetascale
berekeningen(overstromingsmodellenbij
dijkdoorbraak,enz.).
5
6
Golfvoortplantingsmodel van het menselijke arteriële systeem,
Complexe verspreiding van deeltjes in een
gebaseerd op de MRI-gegevens van een patiënt.
model van de aortaboog aangesloten op
LV-ondersteunende apparatuur.
Prof.dr.ir.F.N.(Frans)vandeVosse
Technische Universiteit Eindhoven
Onderzoeksgebied
BiomedischeTechnologie–Cardiovasculaire
Biomechanica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
InmijnvakgebiedCardiovasculaireBiomechanicagaathighperformancecomputingeen
steedsbelangrijkererolspelen.Hierbijmoet
wordengedachtaancomputersimulatiesvan
strominginendeformatievanbloedvaten
waarbijwordtuitgegaanvanpatiëntspecifieke
anatomischeenfunctioneleinformatie.De
simulatiemodellenwordenvervolgensingezet
ommedischebesluitvormingoverchirurgische
interventieteondersteunen.Eenrecentelijk
gehonoreerdeFP7-ICT-HealthprojectARCH
(3.7Meuro)overontwikkelingengebruikvan
simulatiemodellenbijchirurgischeplanning
vanarterio-veneuseshunts(doorverbinding
slagader-ader)indearmvannierdialyse
patiëntenillustreertdeinternationale
belangstellingvoordezetoepassingen.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Hetonderzoekinmijngroepdraagtbijtot
verbeteringvandediagnostiekvancardiovasculaireaandoeningenenondersteuningvan
medischebesluitvormingmetbetrekkingtot
(chirurgische)interventie.Maatschappelijk
gezienisditindeeersteplaatsvanbelangvoor
verbeterdepatiëntenzorg.Hiernaastzalhet
onderzoek,bijsuccesvolletoepassing,ook
bijdragentotsignificantebesparingeninde
gezondheidszorg.
Petascalechallengevoordetoekomst
Wetenschappelijkgezienliggeninonsonderzoek
tweebelangrijkeuitdagingendieafhankelijk
zijnvandeinzetvanPetascalecomputersystemen.Teneersteiserop‘computationalscience’
gebiedeenuitdagingomgoedomtegaanmet
decomplexiteitvandesystemendieworden
geanalyseerd.Tentweedezaltoepassinginde
kliniekgepaardgaanmetgrote(Petascale)
datavolumesdiemoetenwordengekoppeld
aanmedischebeeldverwerkingengeavanceerde
visualisatiesystemen.
7
8
De oorspronkelijke situatie is getoond in het linker plaatje. De situatie na herverfijning staat in rechter plaatje.
Het is goed te zien dat de herverfijning een extra residu zichtbaar heeft gemaakt.
Prof.dr.G.(Gert)Vriend
Radboud Universiteit Nijmegen
Onderzoeksgebied
Eiwitstructuurgerelateerdebioinformatica
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Deafgelopen40jaarheeftdemensheidde
atomairestructurenopgelostvanongeveer
50.000macromoleculairestructuren/complexen.Demeestedaarvanzijnopgelostmet
behulpvanX-raydiffractie.Metdesoftware
vanvandaagkunnenweeenstructuuruit1998
beteroplossendandeexperimentalistendatin
1998zelfkonden,mitsdeexperimenteledata
vandaag(nog)beschikbaarisnatuurlijk.Wij
lossenregelmatigallebekendeeiwitstructuren
nogeenkeerop,telkensmetdelaatste,beste
software.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Eiwitstructurenvormendebasisvanveel
medischenbiologischonderzoek.Demeeste
medicijnengrijpeninhetmenselijklichaam
aanopeeneiwitengenetischedefectenuiten
zichmeestalviaeennietgoedfunctionerend
eiwit.Onderzoekindezerichtingenisgebaat
bijdebestmogelijkeeiwit-structurenmetzo
minmogelijkexperimentelefouten.Betere
structurenleverenbetereonderzoeksresultaten
invelebiomedischeprojecten.
Petascalechallengevoordetoekomst
Hetherverfijnenc.q.opnieuwoplossenvan
50.000structurenkost6wekenineenTeraflop
wereld.Ditzouduseenuurtjewerkzijnin
eenPetaflopwereld.Enmetzo’nturnaround
kunnenweookaanparameteroptimalisatieprotocollengaandenken.
100
Botadaptatie van het bot van een rat in een finite element computermodel (links) en real life (rechts). Door algemene regels voor
de adaptatie van poreuze botstructuren toe te passen op de externe mechanische belasting kan de feitelijke botstructuur in
levende dieren gesimuleerd worden in een resolutie van circa 100 microns.
Prof.dr.ir.H.H.(Harrie)Weinans
Erasmus Universiteit Rotterdam
Onderzoeksgebied
Computersimulatiesvanbotadaptatie
Kortebeschrijvingvanhetonderzoek
Botislevendmateriaaldatzichvoortdurend
vernieuwt,zodatdemechanischeeigenschappenbehoudenblijven.Ditprocesvanvervangingvanoudmateriaaldoornieuwmateriaal
wordtbeïnvloeddoordemechanischeeisendie
devoortbewegingenzwaartekrachtstellen.
Gevolgisdatdebotarchitectuurindeloopvan
eenmensenleveneendoorlopendprocesvan
adaptatiedoormaakt.Deafgelopentwintig
jaarisgeleidelijkmeerinzichtontstaaninde
natuurkundigewettendiedezemechanischbiologischeinteractiebepalen.Metbehulpvan
computermodellenkandemechanische
belastingberekendwordenenkunnende
gevolgenvoordebotstructuuren-sterkteen
hetbreukrisicobepaaldworden.
Maatschappelijkerelevantie/impact
Ditonderzoekisrelevantvooraandoeningen
dieverbandhoudenmetdedegeneratievan
hetmenselijkbewegingsapparaatnaarmate
eenhogereleeftijdwordtbereikt.Osteoporose
iseenaandoeningwaarbijhetbotzijn
mechanischesterkteverliest,hetgeenleidttot
botbreuken,veelalindeheupenderug.
Osteoartritisiseenaandoeningvande
gewrichtenwaarbijdebenigestructuurvlak
bijhetgewrichtveranderingenondergaat,
waardoordeverdelingvandebelastingoverhet
gewrichtverschuift.Metdecomputermodellen
voorbotadaptatiekanonderzoeknaardeze
aandoeningenverrichtwordenenkanmeer
inzichtverkregenwordenindeonderliggende
oorzakenervan.
Petascalechallengevoordetoekomst
DePetascalechallengevoorditonderzoek
ishetinkaartbrengenvandebiologische
aspectenvanbotadaptatieopcelniveau.
Hetzijnimmersdebotcellendiedebotmatrix
resorberenenweeropbouwen.Dezecellen
zijncirca10micrometergroot,terwijlhetbij
debottenvandemensomcentimetersgaat.
Delaagsteschalendiemetdehuidigesimulatiemodellengerealiseerdkunnenworden
liggenrond100micrometer,nogaltijdeen
factor10hogerdandecellendieindereële
werelddebotstructuurbepalen.
101
Colofon
SARAReken-enNetwerkdiensten
Postbus94613
1090GPAmsterdam
StichtingNationaleComputerfaciliteiten(NCF)
Postbus93575
2509ANDenHaag
Fotografie
SARA
p.48-49MarcdeHaan
p.29BartvanOverbeeke
p.101R.vanWendeldeJoode
Vertaling
MetamorfoseVertalingen,
Utrecht
Vormgeving
CrasbornGrafischOntwerpersbno,
Valkenburga/dGeul|08488
Het belang van High Performance Computing voor Nederland
Het belang van High Performance Computing voor Nederland SARA | NCF
www.sara.nl
Stichting Nationale Computerfaciliteiten (NCF)
Postbus 93575
2509 AN Den Haag
T +31 (0)70 344 0700
[email protected]
www.nwo.nl/ncf
december 2008
SARA Reken- en Netwerkdiensten
Postbus 94613
1090 GP Amsterdam
T +31 (0)20 592 3000
[email protected]
december 2008