Theoretische Analyse der Lactid- Polymerisation in einer virtualisierten Grid-Umgebung. André Brinkmann, Sonja Herres-Pawlis 05.

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Hinrich Klein
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1 Theoretische Analyse der Lactid- Polymerisation in einer virtualisierten Grid-Umgebung André Brinkmann, Sonja Herres-Pawlis 05. März 2009

2 Agenda Grundlagen Polylactide Anforderungsanalyse Workflows in chemischen Anwendungen Virtualisierung zur Steigerung der Flexibilität

3 Bedeutung von Polylactid Ringöffnungspolymerisation (ROP) von Lactid zu Polylactid unter Verwendung metallhaltiger Katalysatoren (großtechnisch bisher SnOct 2 ) Vielseitige Verwendungsmöglichkeiten (von Verpackungsmaterial bis zu medizinischen und pharmazeutischen Anwendungen) 0.5 n O O O Kat. O C C Getreide, O Zuckerrüben, etc. CH 3 O D,L-Lactid Oligomerisierung Milchsäure Fermentation Polylactid Dimerisierung n Mit bisherigen Verfahren nicht konkurrenzfähig mit petrochemischbasierten Kunststoffen als Spezialmaterial, aber kaum breiter Masseneinsatz Lactide Reinigung gereinigte Lactide Biologisch abbaubares Polymer aus nachwachsenden Rohstoffen CO 2 emissionsneutral Polylactide Polymerisation Kompostierung CO 2

CH 3 O D,L-Lactid Oligomerisierung Milchsäure Fermentation Polylactid Dimerisierung n Mit bisherigen Verfahren nicht konkurrenzfähig mit petrochemischbasierten Kunststoffen als

4 Einflussgrößen der Katalyse Reaktionsbedingungen: Bulkpolymerisation Lösungspolymerisation Temperatur Reaktionszeit Monomer-Initiator-Verhältnis Komplex: Gegenion (Chlorid, Acetat, Triflat ) Ligandensystem: Guanidingruppe Amingruppe Spacereinheit R 1 N N Spacer N R 5 Computer-gestütztes Ligandenund Katalysatordesign R 2 N R 4 R 3 Guanidinfunktion R 6 Aminfunktion

Triflat ) Ligandensystem: Guanidingruppe Amingruppe Spacereinheit R 1 N N Spacer N R 5

6 Anforderungsanalyse Größe des Parameterraums erfordert Vielzahl von Experimenten Nicht alle Experimente müssen mit gleicher Genauigkeit durchgeführt werden Nimm alle verfügbare Rechenzeit! Laufzeit einzelner Experimente nur während des Experimentes abschätzbar Experimente müssen jedoch zu gegebener Deadline beendet sein Starten und Auswerten von Experimenten mit hohem manuellem Aufwand verbunden Automatische Selektion von geeigneten Kandidaten für weitere Experimente zeitintensiv

Laufzeit einzelner Experimente nur während des Experimentes abschätzbar Experimente müssen jedoch zu gegebener Deadline

7 Grundansatz Nutzung von Workflow-Prozesse zur weitgehend automatisierten Abarbeitung der Arbeitsabläufe Nutzung von Virtualisierung zur Steigerung der Flexibilität innerhalb der Arbeitsabläufe

Arbeitsabläufe Nutzung von Virtualisierung zur

8 Workflow-Bestandteile Grundablauf kann auf wenige Operationen abgebildet werden Grobe Parameterraum- Exploration Zwischen- Evaluation Verfeinerte Simulation Ergebnis- Evaluation

9 Chemiker sind gierig Parameterraum-Exploration Größe der Anforderung hängt von Verfügbarkeit der Ressourcen ab Aushandlung möglicher Ressourcen für erste Phase vor der eigentlichen Anfrage Frage verfügbare Ressourcen in Zeitrahmen ab Kalkuliere Schedule Rechne

Aushandlung möglicher Ressourcen für erste Phase vor der

10 Ressourcen-Profil Auswahl des Programms hängt von Verfügbarkeit von Ressourcen ab Verfügbare Ressourcen müssen für den Rechenzeitraum nicht konstant sein Aufgaben müssen zwischen Knoten verschoben werden Virtualisierung als Basis p i t

müssen für den Rechenzeitraum nicht konstant sein Aufgaben

11 Rechenzeiten Kleine Änderungen der Parameter können starke Auswirkungen auf notwendige Rechenzeit haben Überprüfung des Fortschrittes nach jedem Schritt notwendig Zuordnung von mehr/weniger Ressourcen auf Knoten Zuordnung von mehr Knoten auf einen Prozess Verschiebung zwischen Knoten

Fortschrittes nach jedem Schritt notwendig Zuordnung von mehr/weniger

12 Zwischen-Evaluation Evaluation der primären Ergebnisse erfordert manuelle Behandlung innerhalb des Workflows Ergebnisse der Zwischen-Evaluation bestimmen Ressourcen-Anforderungen der Hauptrechnung Kommunikation zwischen RMS und Workflow notwendig

Ergebnisse der Zwischen-Evaluation bestimmen

13 Verfeinerte Simulation Single-Point- Rechnungen Frequenzberechnung Timedependent DFT Ladungsdichteberechnung

14 Anforderungen an RMS Zur effizienten Unterstützung muss RMS Dynamisch mit dem Workflow-System verhandeln können VPNs für einzelne Workflow-Schritte und zur Kopplung der Schritte bereitstellen Ressourcen Checkpointen Migrieren Vergrößern und Verkleinern können

einzelne Workflow-Schritte und zur Kopplung der Schritte

15 Virtualisierung von HPC-Systemen Middleware Unicore Globus LCG / glite Repository Interface Middleware - RMS Lokales RMS RMS A RMS B RMS C RMS D Virtualization Abstraction Layer Ressource XEN VMWare KVM Microsoft

16 PC² homepage Informationen

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