„A HPC-vel sokkal könnyebb, kinyílt a világ, rengeteg szimulációt le tudtunk futtatni.” – interjú Sarkadi Zsófia HPC-ösztöndíjas PhD hallgatóval

Hogyan mutatná be magát, mi a kutatási területe?

Vegyészként és anyagmérnökként végeztem. Most a Pannon Egyetem Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskolájában készülök a kémiai doktorimra, nanopórusokat vizsgálok. Nagyon egyszerű, redukált modellekkel dolgozom, egy merev falú henger belső falára felviszem a töltéseket, az ionok merev gömbök, a víz pedig egy dielektromos háttér. Feszültségkülönbség hatására az ionok átmennek a nanopóruson. Az elsődleges eredmények az ionáramok, abból tudok következtetéseket levonni.

Mi a célja ennek a kutatásnak?

A szó legszorosabb értelmében alapkutatásról van szó. A doktorimban azt vizsgálom, hogy milyen ionok haladnak át a póruson. A kutatócsoportunkkal szeretnénk megalkotni egy függvényt, ami a bemeneti paraméterektől függ, például, hogy milyen hosszú a pórus, mekkora a sugara, milyen az ionok koncentrációja, tehát amit meg lehet változtatni a kísérletek során. Ebből összeállítjuk a függvényt, ami jellemző lesz ezekre a pórusokra. Így később, ha szeretnénk tervezni egy másik nanopórust, aminek más a karakterisztikája, például a sugara vagy a hossza, akkor ezzel a függvénnyel meg tudjuk becsülni, hogy milyen tulajdonságai lesznek. Anélkül, hogy kísérleti úton vagy szimulációkkal, esetleg elméleti számításokkal vizsgálnánk meg.

_{A szimulációs cella vázlatos modellje}

Ez a függvény nagy előrelépést jelent?

Igen, ennek már gyakorlati haszna lesz, ha elkészül, nem kell drága és időigényes kísérleteket végezni. Ezzel a függvénnyel már ki lehet választani azt a nanopórust, ami valószínűleg meg fog felelni az elvárásoknak. Kapcsolatban vagyunk kísérletes kutatócsoportokkal, mert például a sejtekben is hasonló módon működnek az ioncsatornák, mint a mi nanopórusaink. De van lehetőség elektronikai alkalmazásra is, mert ez a hasonlóság a félvezetőkre is igaz. Ez egy végtelenül egyszerű modell, amit sok mindenre alkalmazni.

Mikor és hogyan találkozott a szuperszámítástechnikával?

Még alapszakon, amikor a szakdolgozatomat írtam, az akkori témavezetőm, Dr. Kristóf Tamás közreműködésével. Neki volt Dr. Jadran Vrabec révén hozzáférése a németországi Paderborn egyetemének OCuLUS (Owl CLUSter) nevű szuperszámítógépéhez, azon tanultam meg az alapokat.

Korábban, a tanulmányaiban szerepelt a HPC?

A szuperszámítógép konkrétan nem. Mesterszakon voltak szimulációval kapcsolatos óráim, de a kipróbálásra, gyakorlati alkalmazásra nem volt lehetőség, pedig szerintem óriási igény lenne rá. Nyáron voltam Párizsban egy szimulációs workshopon, sokan jöttek kísérletesek, akik csak kísérletekkel foglalkoznak. Ők is szeretnék ezt kipróbálni és megtanulni. Egyrészt azért, hogy tudjanak kommunikálni a szimulációkat végzőkkel, másfelől pedig azért, mert nagyon fontos lenne a kísérlettervezéshez, hogy előtte fel tudják mérni a lehetőségeiket.

Van alternatívája a szuperszámítógépnek a szakterületén? Megoldhatóak ezek a feladatok másképp?

Röviden: nincs. Ezen a tématerületen nem végzünk kísérleteket, csak elméleti szimulációkat. A tanszéken van egy kis klaszter, Abakus, de az elsősorban tájékozódó jellegű számításokra alkalmas. Amikor komolyabb teljesítményre van szükség, mert nagyon kíváncsiak vagyunk, vagy határidő szorít minket, a kutatócsoportom tagjai a saját laptopjukat is bevetik. A HPC-vel sokkal könnyebb, kinyílt a világ, rengeteg szimulációt le tudtunk futtatni. Most már nem is az a gond, hogy mit futtassunk, hogy futtassuk, hanem az, hogy rengeteg adatunk van, és azokat fel kell dolgozni.

Hol értesült a Kompetencia Központ ösztöndíjpályázatáról?

A témavezetőim, Dr. Valiskó Mónika és Dr. Boda Dezső hívták fel rá a figyelmemet, hogy lesz egy ilyen lehetőség. Később, amikor annak néztem utána, hogy mikor érkezik a Komondor, akkor láttam a felhívást a honlapon, és azonnal jelentkeztem rá.

Hogyan készült fel a HPC használatára?

Ez egy óriási lehetőség volt, ezért alaposan elterveztem, mit fogok csinálni. Én eddig konkrétan bizonyos összetételű elektrolitokat vizsgáltam. Ezek 1:1-es összetételűek, a kation egy pozitív, az anion az egy negatív, mint mondjuk a nátriumklorid esetében. Korábban végeztünk előzetes szimulációkat, hogy más elektrolit-összetétel még érdekesebb lehet, mert vannak olyan hatások, amik akkor jelentkeznek, ha a kation kettő vagy három pozitív töltéssel rendelkezik. Ezeket mindenképp meg akartam vizsgálni, és ehhez nagyon jól jött a HPC.

Sikerül elérnie a most kitűzött célt, célokat?

Igen, abszolút. Le tudtam futtatni azokat a számításokat, amiket szerettem volna, ráadásul a vártnál is izgalmasabb eredmények jöttek.

Miért lett izgalmas?

Eddig egyszeresen pozitív töltésű kationokat vizsgáltunk. Most viszont már a nagyobb számítási igényű, összetettebb rendszerek szimulációja sem okozott problémát, ezért multivalens ionokat tartalmazó elektrolitokat tanulmányoztam. Tehát kétszeresen vagy háromszorosan pozitív, és egyszeresen negatív ionok voltak a rendszerben. Végtelenül leegyszerűsítve: egy merev falú henger belső felületére felvittem a negatív töltéseket, beleraktam az ionokat a tömbfázisba, azután rákapcsoltam a feszültséget a cellára. Ekkor ezek a pozitív ionok bementek ebbe a csatornába, felhalmozódtak a negatív töltésű fal mellett, és ezáltal valamennyire leárnyékolták. Így a negatív töltésű ionok is át tudtak menni a csatornán, ez az anionszivárgás. Hiába próbálunk meg azzal minél inkább kationszelektív pórust csinálni, hogy több negatív töltést viszünk fel a falra, mégsem lesz az, mert a kationok túltöltik a falat, és ezért át tudnak menni az anionok is.

Okozott bármilyen meglepetést a szuperszámítógép?

Persze, csak azt okozott. Amikor elkezdtem használni, még alapszakos voltam, teljesen új volt a környezet. Különösen úgy, hogy az egyetemen nem tanultunk informatikát, programozást meg főleg nem. De amikor belejöttem, nagyon jó volt, hogy nem kellett várni, rögtön elindult minden és viszonylag rövid idő alatt meg is lett az eredmény.

Volt most szüksége a KIFÜ szakembereinek segítségére?

Igen. Nagyon jók a leírások a honlapon, és ha elbizonytalanodtam, írtam nekik, bármilyen problémám volt, rögtön válaszoltak. Például amikor az indítóscriptnél elakadtam, azonnal elküldték azt a néhány sort, amivel már működött is.

Hogy sikerült így megtanulnia a HPC használatát?

Nekem az alapismeretek megszerzése azért nem volt nehéz, mert az akkori témavezetőm és doktorandusz kollégám nagyon sokat segített. Egy hathetes nyári gyakorlat során jutottam el arra a szintre, hogy már biztonsággal le tudtam futtatni a szimulációimat. Az, hogy bele is nyúljak a kódba, vagy, hogy a hibaüzenetekre reagáljak, az már egy komolyabb feladat, azt még mindig tanulom.

Tehát a gyakorlatban tanulta meg a szuperszámítógép használatát?

Igen. Szerintem abból lehet a legtöbbet tanulni, ha meg kell oldani egy problémát és sikerül is. Ráadásul abban a szerencsés helyzetben vagyok, hogy Dr. Ható Zoltán, aki a kutatócsoportunk tagja, hatalmas informatikai háttértudással rendelkezik, először hozzá szoktunk fordulni a kérdéseinkkel.

Mennyire tartja kihívásnak a szuperszámítógép használatát?

Felhasználói szinten megismerni és saját programokat használni nem nehéz.

Mi kell ahhoz, hogy valaki hatékony szuperszámítógép-felhasználó legyen?

Mindenképp tervezést igényel, nem lehet csak úgy elindítani egy feladatot. Jól kell megfogalmazni a kérdést és azt, hogy miként jutunk el a válaszhoz. Ehhez kell egy jó program. Mi saját programot használunk, de azt is másképp kell a tanszéki kis klaszteren futtatni, mint egy szuperszámítógépen. Nekem szerencsém volt, mert a mi programunk már optimalizálva volt mindkét eszközre.

Mi a legnagyobb különbség?

Nekem személy szerint az, hogy más parancsokat kellett használnom és párszor össze is kevertem, hogy melyiknél mi működik. Ráadásul a szuperszámítógépek között is vannak architekturális különbségek és ehhez is alkalmazkodni kell.

Kinek ajánlaná a szuperszámítógép használatát?

Mindenkinek! Nagyon sok kutatócsoport használja kísérlettervezéshez, de érdemes annak is megfontolnia a használatát, aki nagyon sok adattal dolgozik. A kutatás-fejlesztés területén pedig kivétel nélkül mindenki tudja hasznosítani.

Szeretne a jövőben is HPC-t használni, esetleg van már projektötlete a Komondorra?

Persze! Nagyon várom a Komondort! Nekem csak szimulációkról szól a tématerületem és a PhD után is ilyen területen képzelem el a jövőmet. Rengeteg új tervünk van, amiket szeretnénk kipróbálni.

Hogyan látja a szuperszámítástechnika jövőjét?

Nagyon intenzíven fejlődik, ha ez csak az eddigi sebességgel folytatódik, akkor is nagy előrelépések várhatóak. Ha pedig megvalósul a kvantumszámítógép, akkor elképzelni sem tudom, hogy hol lesz a határ. Persze a kvantumszámítógép nem fogja kiváltani a HPC-t, mert egész egyszerűen másra jó, de mindenképp szeretném kipróbálni.