Relazione Scientifica. Settore Calcolo Intensivo

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1 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo Anno 2001

2 A cura di Giorgio Moncalvo & Lina Grasso Centro Servizi Informatici di Ateneo Università degli Studi di Trieste

3 Presentazione È un privilegio e un piacere presentare questo piccolo documento che raccoglie, ancora in modo non omogeneo, le relazioni scientifiche dei lavori effettuati con l utilizzo delle risorse di calcolo messe a disposizione dal Settore Calcolo Intensivo dell Università ai propri ricercatori, sia sull IBM SP3 dello CSIA, sia su quello più grande disponibile al CINECA per il tramite dell apposita convenzione con il nostro Ateneo. Documentazione dell attività di ricerca che, assieme all utilizzo didattico, comunque situato a livello di ricerca, nello svolgimento di attività connesse alle Tesi di Laurea e di Dottorato, costituisce la sola vera giustificazione all allocazione di risorse su questo Settore. Una prima relazione sull attività scientifica e un censimento dei gruppi di ricerca era stata presentata dal Prof. Enrico Nobile, nell ambito della Proposta di aggiornamento del Settore Calcolo Intensivo dell Università degli Studi di Trieste, Febbraio Quello che qui ci si propone è di rendere tale relazione scientifica un impegno annuale permanente, nell ottica di una piena trasparenza e rendicontazione dei risultati a fronte delle risorse investite, come è del resto prassi per tutte le strutture scientifiche dell Università, e come tale va considerato il Settore Calcolo Intensivo. Relazione che valorizzi l impegno di tutti i ricercatori coinvolti, e, senza penalizzare nessuno, stimoli, attraverso il confronto costante, il conseguimento di una qualità scientifica sempre più alta. Questa prima relazione, che una fortunata coincidenza fa iniziare nell anno 2001, documenta l attività di otto gruppi di ricerca, ripartiti abbastanza uniformemente tra le Facoltà di Ingegneria e di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali. I dipartimenti coinvolti sono: BBCM - Dipartimento di Biochimica, Biochimica e Chimica delle Macromolecole DEEI - Dipartimento di Elettronica, Elettrotecnica ed Informatica DIC - Dipartimento di Ingegneria Civile DIMCA - Dipartimento di Chimica Applicata e Ingegneria dei Materiali DINMA - Dipartimento di Ingegneria Navale, del Mare e dell Ambiente DSCH - Dipartimento di Scienze Chimiche DSM - Dipartimento di Scienze Matematiche Non verrà qui riassunto l insieme dei risultati ottenuti che sono pienamente documentati di seguito. L utilizzo dell IBM SP3 dello CSIA è stata in media superiore al 50%, che è un dato estremamente favorevole e una piacevole sorpresa, considerando da un lato la novità dell architettura (macchine a memoria locale sono notoriamente difficili ) e la diffusione assai limitata della cultura del calcolo parallelo, e dall altro che un utilizzo verso l 80% costituisce di fatto la saturazione di tali macchine. i

4 Ancora più significativo è stato l utilizzo completo del contingente di ore (32.000) messo a disposizione attraverso la Convenzione sulla macchina maggiore presso il CINECA, che ha testimoniato il grande interesse per le risorse di calcolo di fascia più alta, di cui anche chi scrive ha beneficiato in prima persona, che consentono di affrontare problemi su scala altrimenti irraggiungibile, e permettono di mantenere un elevata competitività internazionale. Vale la pena di anticipare che successivamente si è potuto addirittura soddisfare richieste in eccesso alla disponibilità acquisendo risorse non sfruttate da altre sedi partecipanti alla convenzione. Resta l impegno a fare di più e meglio nel futuro, sia con il miglioramento costante della qualità della ricerca, sia tramite l ampliamento dei gruppi di ricerca coinvolti con la diffusione della cultura del calcolo su vasta scala, e in particolare del calcolo parallelo. Piero Decleva Responsabile Scientifico Settore Calcolo Intensivo Trieste, 20 maggio 2002 ii

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7 SOMMARIO GRUPPO DI RICERCA ISTITUITO PRESSO LA SEZIONE DI FISICA TECNICA DEL DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA NAVALE, DEL MARE E PER L AMBIENTE ENRICO NOBILE, MARZIO PILLER, ENRICO STALIO, EZIO ZANDEGIACOMO Dipartimento di Ingegneria Navale, del Mare e per l Ambiente - Sezione di Fisica Tecnica 1 RISULTATI SCIENTIFICI OTTENUTI PRESSO IL DIMCA CON UTILIZZO DI RISORSE DI CALCOLO INTENSIVO ALESSANDRO DE VITA Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Chimica Applicata 5 RELAZIONE UNITÀ DI RICERCA CESÀRO, ANGIOLETTI, MEZZASALMA ATTILIO CESÀRO, CARMELA ANGIOLETTI, STEFANO MEZZASALMA Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Chimica delle Macromolecole 9 CONTRIBUITI DEL GRUPPO DI RICERCA DI ANALISI NUMERICA BELLEN ALFREDO, ZENNARO MARINO, VERMIGLIO ROSSANA, TORELLI LUCIO, MORET IGOR, CELLEDONI ELENA, MASET STEFANO, GUGLIELMI NICOLA, NOVATI PAOLO Dipartimento di Scienze Matematiche 11 PUBBLICAZIONI IN CUI APPAIONO RISULTATI OTTENUTI SU IBM SP3 DEL CINECA VINCENZO ARMENIO Dipartimento di Ingegneria Civile 15 RELAZIONE SUL CALCOLO INTENSIVO DEL GRUPPO DI CHIMICA TEORICA PIERO DECLEVA, GIANCARLO DE ALTI, GIOVANNA FRONZONI, MAURO STENER, SONIA CORIANI, DANIELE TOFFOLI Dipartimento di Scienze Chimiche 17 SVILUPPO DI METODICHE E TECNOLOGIE DI MAPPAGGIO ANATOMO- FUNZIONALE 3D DELL ATTIVITÀ CORTICALE E PROFONDA DELL ENCEFALO PAOLO INCHINGOLO Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica ed Informatica 21 TIME-DOMAIN COMPUTATIONS OF FREE SURFACE FLOWS IN 2D AND 3D NUMERICAL WAVE TANKS BY A BOUNDARY ELEMENT METHOD GIORGIO CONTENTO, FABRIZIO D ESTE Dipartimento di Ingegneria Navale, del Mare e per l Ambiente - Sezione di Architettura Navale 25 STUDIO COMPUTAZIONALE DELLA RIDUZIONE CE 4+ /CE 3+ IN OSSIDI MISTI DEL TIPO CEO 2 - MO O CEO 2 - M 2 O 3 GABRIELE BALDUCCI Dipartimento di Scienze Chimiche 31 v

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9 Anno 2001 Gruppo di ricerca istituito presso la Sezione di Fisica Tecnica del Dipartimento di Ingegneria Navale, del Mare e per l Ambiente Enrico Nobile, Marzio Piller, Enrico Stalio, Ezio Zandegiacomo Dipartimento di Ingegneria Navale, del Mare e per l Ambiente Sezione di Fisica Tecnica Attività di ricerca svolta nell anno Il nostro gruppo di ricerca si occupa prevalentemente di Simulazione Numerica Diretta (DNS) per svariate configurazioni di flusso, ponendo particolare attenzione all'analisi dello scambio termico convettivo. Le simulazioni sono state svolte utilizzando codici di calcolo proprietari, codificati in linguaggio Fortran 90. La parallelizzazione è stata effettuata tramite paradigma OPEN MP, garantendo prestazioni adeguate per le nostre attuali esigenze. Le attività svolte nell'anno 2001 sono brevemente presentate nel seguito. DNS di flusso debolmente turbolento in canale a sezione quadrata La configurazione in esame è illustrata in figura 1a. La presenza di moti secondari medi caratterizza questa configurazione di flusso (fig. 1b). Pur avendo intensità relativamente modesta (~2% della U max ), le distribuzioni dei campi di velocità e temperatura ne risultano fortemente influenzate (fig. 1c). DNS di flussi debolmente turbolenti a basso numero di Prandtl La configurazione in esame è riportata in figura 2. Una dettagliata analisi degli spettri delle fluttuazioni di temperatura ha consentito di individuare un crescente smorzamento agli elevati numeri d'onda, all'aumentare della diffusività termica del fluido. Questa circostanza è stata utilizzata per spiegare la riduzione del contributo turbolento al flusso termico a bassi numeri di Prandtl. È stato inoltre sviluppato un semplice modello per la diffusività termica turbolenta, che ha fornito risultati confortanti nel riprodurre il campo di temperatura media. Flusso su cave a sezione rettangolare Il flusso su piccole cave rettangolari è spesso usato per modellizzare l effetto della rugosità superficiale sull efficienza idrodinamica o termica. Il flusso su cave di dimensioni maggiori consente altresì di analizzare fenomeni di rilevante importanza applicativa, quali il distacco di vena ed il successivo riattacco. La DNS si pone come uno strumento di notevole interesse nell analisi di questi fenomeni. La decomposizione del dominio in sottoinsiemi consente di applicare algoritmi sviluppati per geometrie semplici a casi più complessi. È stata quindi sviluppata una metodologia risolutiva che accoppia la tecnica di Decomposizione di Schur e la tecnica Matrix Decomposition al fine di risolvere in modo efficiente l equazione di Poisson su geometrie del tipo riportato in figura 3. Come applicazione, è stato simulato il flusso su cava a sezione quadrata (figura 3). Il lavoro svolto in quest ambito costituisce per altro una attività preliminare ad una parallelizzazione Message Passing di tipo nativo. Applicazioni in coordinate cilindriche Il nostro gruppo sta attualmente sviluppando codici di simulazione diretta in coordinate cilindriche, al fine di studiare flussi turbolenti in condotti a sezione circolare. Le applicazioni pratiche di tali studi sono evidenti. Il solutore per l equazione di Poisson deve la sua efficienza 1

10 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo all utilizzo di un approccio FFT bidimensionale, con discretizzazione ai Volumi Finiti. Test di validazione sono attualmente in corso di svolgimento. Flusso turbolento e scambio termico sulle riblet Le riblet, pareti corrugate in senso longitudinale a sezione triangolare sono note per consentire la diminuzione dello sforzo d attrito rispetto a una superficie piana, quando opportunamente dimensionate e in condizioni di flusso turbolento. Il nostro interesse si è rivolto, oltre che allo studio del flusso turbolento su tali asperità, anche all indagine delle proprietà di scambio termico delle riblet che, visto l aumento di superficie bagnata, potrebbero costituire un singolare caso di conformazione della parete in grado di associare ad un aumento del coefficiente di scambio termico complessivo, una diminuzione dell attrito. Lo studio è stato condotto con le tecniche della Simulazione Numerica Diretta, e in particolare con un codice ai volumi finiti del secondo ordine, in grado di simulare il flusso turbolento e il campo termico su geometrie mediamente complesse, descritte da griglie curvilinee e ortogonali su un piano ma cartesiane nella direzione ad esso perpendicolare. I risultati dello studio, di un certo interesse per essere in contrasto con altri già pubblicati di carattere sperimentale ma in pieno accordo con i risultati di precedenti simulazioni numeriche e con considerazioni di carattere teorico, verranno prossimamente sottoposti per la pubblicazione presso una rivista scientifica internazionale. Pubblicazioni recenti [1] M. Piller, E. Nobile & T.J. Hanratty. DNS study of turbulent transport at low Prandtl numers in channel flow. Accepted J. Fluid Mech. [2] M. Piller & E. Nobile. Direct Numerical Simulation of Turbulent Flow and Heat Transferin a Square Duct at Low Reynolds Number. Procs. Third AFOSR Int. Conference on Direct Numerical Simulation and Large Eddy Simulation (TAICDL), Arlington (TX), USA (2001). [3] M. Piller & E. Nobile. Direct Numerical Simulation of Turbulent Heat Transfer in a Square Duct. Submitted to Int. J. Num. Meth. Heat Fluid Flow (2002) [4] M. Piller & E. Nobile. Direct Numerical Simulation of Fully-Developed Turbulent Flow and Heat Transfer through a Pipe. Accepted for the XX Nat. Congress on Heat Transfer (2002) [5] E. Nobile, E. Stalio, M. Piller. Numerical Simulation of Heat Transfer Over Riblet, Procs. 3 rd European Thermal Science Conference, E.W.P Hahne, W. Heidemann and K. Spindler, edrs.,heidelberg, Germany, vol.1, pp , (2000). [6] E. Stalio & E. Nobile. Direct Numerical Simulation of Heat Transfer Over Riblets. In preparazione. 2

11 Anno 2001 z/2h y/2h (a) (b) (c) Figura 1. Geometria del problema (a), moti secondari medi (b) ed isoterme (c) per il caso di flusso turbolento in canale a sezione quadrata. Figura 2. Canale piano parallelo. Figura 3. Profilo di pressione media per il flusso su cave a sezione quadrata. 3

12 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo y z (a) (b) Figura 4. Flusso turbolento e scambio termico sulle riblet: istantanea del campo di temperatura a parete (a) e moti medi secondari (b) 4

13 Anno 2001 Risultati Scientifici ottenuti presso il DIMCA con utilizzo di risorse di Calcolo Intensivo Alessandro De Vita Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Chimica Applicata I risultati scientifici ottenuti riguardano aspetti fondamentali (struttura e comportamento chimico, modelli di crescita e stabilità termodinamica) di un certo numero di sistemi nanoscopici, e.g. di interesse biologico, di rilievo per la fabbricazione e/o funzionalizzazione di strutture inorganiche complesse. L attività, di tipo teorico-computazionale, è stata rivolta allo studio dei processi chimici alla base di nuove tecnologie, ed ha naturalmente comportato lo sviluppo di collaborazioni a forte carattere interdisciplinare con ricercatori di area sperimentale attivi presso il Dipartimento di afferenza (Ingegneria dei Materiali e Chimica Applicata, DIMCA), ricercatori esterni alla Facoltà di Ingegneria, e ricercatori di vari centri internazionali. Per questa attività, il calcolo massivamente parallelo su piattaforme quali l IBM SP3 dell Università di Trieste e del CINECA è uno strumento di lavoro assolutamente necessario. Un codice Fortran di dinamica molecolare da principi primi altamente ottimizzato per il calcolo parallelo (LAUTREC, basato sul formalismo DFT-PW- Pseudopotenziali) è stato scritto e viene mantenuto dal gruppo DIMCA, ed è disponibile ad ogni utente interessato dell Università. Il codice (che utilizza lo standard MPI) è regolarmente usato per benchmarking di supercomputer paralleli di diverse architetture (cfr. lista pubblicazioni). L attività di ricerca del 2001 ha riguardato sistemi nanometrici supportati, caratterizzati da un'interfaccia attiva sistema/substrato. I sistemi studiati sono casi rappresentativi della formazione di interfacce tra materiali (biologici e non biologici) e superfici di supporto, e di fenomeni complessi quali l'autoassemblaggio, l'enantioselettività e l'autoreplicazione in strutture molecolari bidimensionali su superfici metalliche. In particolare, le principali linee di ricerca perseguite hanno riguardato (cfr. lista delle pubblicazioni): (a) il "self-assembling" molecolare e la replicazione in nanostrutture chirali adsorbite su superfici di metalli di transizione (Refs. 3,4); (b) la nucleazione e crescita di materiale osseo (apatite) su superfici ceramiche (Ref. 1); (c) lo studio della superficie di ossidi e in particolare della struttura e delle proprietà elettroniche di film sottili di ossidi supportati da superfici metalliche (Ref. 6, selezionato come highlight of the week per la nanotecnologia dal Nature Physics Web Portal, 25/12/2001). 5

14 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo (d) l applicazione di tecniche sviluppate dal gruppo DIMCA per la simulazione da principi primi di sistemi metallici, (Refs. 3,4,6), e in particolare lo studio della formazione di clusters di metalli di transizione in soluzione (Ref.2); (e) la simulazione della diffusione di difetti e impurezze di superficie in solidi covalenti, mediante uso di piattaforme di calcolo della classe SP3 e/o di Beowulf Clusters (Refs. 5,8,9). Il Dr. De Vita è stato nel corso del 2001 Responsabile Scientifico presso DIMCA del Network Europeo Development, Validation and Application of Hybrid Atomistic Modelling Schemes, in collaborazione con il TCM Group, Cavendish Laboratory, Cambridge G.B., TU-Eindhoven, MPI-Stuttgart, e l Università di Madrid. Il Network finanzia un postdoc, Dr. T.Albaret, presso DIMCA - Università di Trieste, che sviluppa algoritmi ibridi per il calcolo massivamente parallelo per applicazioni di interesse in Scienza dei Materiali. Nel corso dell anno 2001 De Vita è stato inoltre Project Leader di un progetto Quantum Simulation of Materials finanziato dal NSF Svizzero. Il progetto ha finanziato l attività di uno studente di dottorato (M.Stengel, ex tesista DIMCA) che lavora su: First principles molecular dynamics study of supported clusters and nanostructures, in collaborazione con il Condensed Matter Institute dell Università di Losanna, e ha comportato sviluppo di software parallelo presso il DIMCA. ELENCO PUBBLICAZIONI TRIENNIO 2001 (1) M. Svetina, L. Colombi Ciacchi, O. Sbaizero, S.Meriani and A. De Vita, A First Principles investigation of Ca^2+ deposition on Rutile (110), Acta Materialia 49, (2001). (2) L. Colombi Ciacchi, W.Pompe and A.De Vita, Initial Nucleation of Platinum Clusters after Reduction of K_2PtCl_4 in Aqueous Solution: a First Principles Study, Journ. Am. Chem. Soc. 123, 7371 (2001) (3) M.Vladimirova, M.Stengel.A.DeVita,A.Baldereschi, M.Bohringer, K.Morgenstern, R.Berndt and W.D.Schneider, Supramolecular self-assembly and selective step decoration on the Au(111) surface Europhysics Letters 56, 254 (2001). (4) J.Weckesser, A.De Vita, J.V.Barth, C.Cai and K.Kern, Mesoscopic correlation of Supramolecular Chirality in One-Dimensional Hydrogen Bonded Assemblies Phys. Rev. Lett. 87, (2001). (5) L.Simon, M.Stoffel, P. Sonnet, L.Kluber, L.Stauffer, A.Selloni, A. De Vita, R.Car, C.Pirri, G.Garreau, D.Aubel, and J.L.Bishchoff, 6

15 Anno 2001 Atomic structure of carbon-induced Si(001)c(4x4) reconstruction as a Si-Si homodimer and C-Si heterodimer network Phys.Rev. B 64, (2001). (6) S.Schintke, S.Messerli, M.Pivetta, F.Patthey,L.Libioulle, M.Stengel, A.De Vita and W.-D.Schneider, An Insulator at the Ultrathin limit: MgO on Ag(001), Phys. Rev. Lett. 87, (2001). (7) M.Vladimirova, A. De Vita and A.Pimpinelli, Dimer diffusion as a driving mechanism of the step bunching instability during homohepitaxial growth Phys. Rev.B (2001). (8) R.Gruber, P.Volgers, A. De Vita and M.Stengel, Commodity computing results from the Swiss-Tx project, Proc. of SPEEDUP (9) S.Leterdi, M.Celino, V.Rosato, F.Cleri, A. De Vita and M.Stengel, Implementation of a parallel Car-Parrinello code on High Performance Beowulf Clusters, Proc. of the International Conference 'Parallel Computing 2001' (ParCo2001). 7

16 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo 8

17 Anno 2001 Relazione Unità di Ricerca Cesàro, Angioletti, Mezzasalma Attilio Cesàro, Carmela Angioletti, Stefano Mezzasalma Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Chimica delle Macromolecole L Unità di Ricerca nel corso dell anno 2001 ha studiato le correlazioni tra struttura macromolecolare e proprietà chimico-fisiche, attraverso l utilizzo di approcci conformazionali teorici per la descrizione della dinamica diffusiva di macromolecole ed attraverso lo sviluppo di nuove metodologie teoriche per le correlazioni strutturaproprietà di polisaccaridi. I risultati ottenuti, si inquadrano in tre specifiche aree di attività: 1) Descrizione conformazionale e dinamica di frammenti di catena di ialuronano e di pullulano, mediante l uso di tecniche di dinamica molecolare (MD); confronto dei risultati ottenuti con oligomeri di pullulano con quelli ottenuti con oligomeri di polisaccaridi putativamente simili (destrano e amilosio); raccolta di dati sperimentali di tempi di rilassamento spin-lattice su frammenti oligomerici di pullulano. 2) Correlazione tra struttura e proprietà conformazionali statistiche di catene di glucomannani a diverso rapporto glc/man, allo scopo di fornire un riferimento teorico per la valutazione del comportamento sperimentale di glucomannani da fonti vegetali (caratterizzate da un rapporto variabile). 3) Sviluppo di metodologie innovative di calcolo delle topologie di catene, con applicazione specifica al trattamento di catene saccaridiche a base di monomeri di glucosio. L approccio teorico parte dalle leggi di scala per giungere ad un nuovo formalismo algebrico descrittivo della flessibilità conformazionale. Procedure di calcolo Le procedure di calcolo sono state le seguenti: dapprima sono state calcolate le mappe conformazionali (per esempio per i dimeri β-glc-(1-4)-β-glc, β-glc-(1-4)-β-man, β-man- (1-4)-β-glc, β-man-(1-4)-β-man). Successivamente, sono state generate catene random (nel caso di co-polimeri era statisticamente distribuita anche la sequenza di glc e man, 9

18 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo per le composizioni glc/man di 0/100, 20/80, 40/60, 50/50 e 100/0) e si sono valuate le medie statistiche. Tutti i calcoli sono stati eseguiti con i seguenti programmi precedentemente costruiti ed adattati allo scopo specifico: a) Per il calcolo delle mappe conformazionali è stato usato il programma SACCARLATH ; b) Per la generazione Monte Carlo, la statistica ed il calcolo dell energia delle delle catene è stato usato il programma ENERGY. Lavori (pubblicati o in via di pubblicazione) nell ambito del progetto: 1) S. Letardi, G. La Penna, E. Chiessi, A. Perico, A. Cesàro Conformational Dynamics of Hyaluronan in Solution. 2. Mode-coupling Diffusion Approach to Oligomers, Macromolecules, 2002, 35, ) S. A. Mezzasalma, A. Cesàro Principle of equivalence statistics-measuring and length scale duality: chain conformation and monomer-polymer from the uncertainty scaling in geometry. Trends in Phys. Chem., 2002, (in press). 3) S. A. Mezzasalma, C. Angioletti, A. Cesàro XV Convegno Italiano di Scienza e Tecnologia delle Macromolecole (Trieste, 2001). 4) A. Cesàro, C. Angioletti, J. R. Ruggiero Amylosics Chain Conformation and Dynamics Starch and its components, Nova Publishers, New York, 2002 (accepted). 5) S. A. Mezzasalma, A. Cesàro Polymer Chain Statistics from Scaling Concepts for geometry. (to be submitted) 10

19 Anno 2001 Contribuiti del Gruppo di ricerca di Analisi Numerica Bellen Alfredo, Zennaro Marino, Vermiglio Rossana, Torelli Lucio, Moret Igor, Celledoni Elena, Maset Stefano, Guglielmi Nicola, Novati Paolo Dipartimento di Scienze Matematiche Il gruppo di ricerca di Analisi Numerica ha sempre mantenuto un vivo interesse e stretti contatti con il settore del Calcolo ad Alte Prestazioni. Vengono riportate un elenco di pubblicazioni con contributi teorici sull argomento. Pubblicazioni Su riviste 1. A.BELLEN - S.MASET: Numerical solution of constant coefficient linear delay differential equations as abstract Cauchy problems. Numer.Math. 84(2000), A.BELLEN - N.GUGLIELMI - M.ZENNARO: Numerical stability of nonlinear delay differential equations of neutral type. J.Comput.Appl.Math. 125(2000), A.BELLEN S.MASET L.TORELLI: Contractive initializing methods for the pantograph equation of neutral type. In Recent Trends in Numerical Analysis, D. Trigiante Ed. Advances in the Theory of Computational Mathematics 3(2000), E.CELLEDONI - A.ISERLES: Approximating the matrix exponential from a Lie algebra to a Lie group. Math.Comp. 69(2000), N.GUGLIELMI: An analytic proof of numerical stability of Gaussian collocation for delay differential equations. Boll.Un.Mat.Ital. vol. 1-B(2000), N.GUGLIELMI: On the qualitative behaviour of numerical methods for delay differential equations of neutral type. A case study: $\Theta$-methods. In Recent Trends in Numerical Analysis, D. Trigiante Ed. Advances in the Theory of Computational Mathematics 3(2000), S.MASET: Stability of Runge-Kutta methods for linear delay differential equations. Numer.Math. 87(2000),

20 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo 8. L.BERGAMASCHI I.MORET G.ZILLI: Inexact quasi-newton methods for sparse systems of nonlinear equations. Future Generation Computer Systems 18(2001), N.GUGLIELMI E.HAIRER: Geometric proofs of numerical stability for delay equations. IMA J.Numer.Anal. 21(2001), N.GUGLIELMI - M.ZENNARO: On the asymptotic properties of a family of matrices. Linear Algebra Appl. 322(2001), N.GUGLIELMI - M.ZENNARO: On the zero-stability of variable stepsize multistep methods: the spectral radius approach. Numer.Math. 88(2001), I.MORET - P.NOVATI: An interpolatory approximation of the matrix exponential based on Faber polynomials. J.Comput.Appl.Math. 131(2001), I.MORET P.NOVATI: The computation of functions of matrices by truncated Faber series. Numer.Funct.Anal.Optimiz. 22(2001), Su atti di convegni 1. E.CELLEDONI G.JOHANNESSEN T.KVAMSDAL: Parallelization of a CDF code: the use of Aztec library in the parallel numerical simulation of Extrusion of Aluminium, Proceedings Parallel CDF Conference, Trondheim, Norway, May R.DARIS L.TORELLI: Some indices for heavy-tailed distributions. Atti del Convegno ASTIN A.BELLEN M.ZENNARO: A free-stepsize implementation of second order stable methods for neutral delay differential equations. In stampa sui Proceedings 3 rd IFAC Workshop on: Time Delay Systems, Santa Fé, D.BREDA S.MASET R.VERMIGLIO: Numerical computation of characteristic roots for delay differential equations. In stampa sui Proceedings 3 rd IFAC Workshop on: Time Delay Systems, Santa Fé, S.MASET: An asymptotically stable approach in the numerical solution of delay differential equations. In stampa sui Proceedings 3 rd IFAC Workshop on: Time Delay Systems, Santa Fé,

21 Anno 2001 In attesa di stampa su rivista 14. S.MASET: Instability of Runge-Kutta methods when applied to linear systems of delay differential equations. In stampa su Numer.Math. (2001) 15. S.MASET: A multigrid method of the second kind for solving linear systems of ODEs discretized by continuous Runge-Kutta methods. In stampa su Intern.J.Computer Math. (2001) Rapporti interni e preprint 1. P.NOVATI: Solving systems of ODEs by Faber polynomials. Preprint (2000). Sottoposto a Numer. Linear Algebra Appl. 2. E.CELLEDONI - A.ISERLES - S.P.NORSETT B.OREL: Complexity theory for Lie-group solvers. Technical Report NA1999/20, Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge 3. E.CELLEDONI B.OWREN: Lie group methods for rigid body dynamics and time integration on manifolds. Preprint 4. E.CELLEDONI: Isospectral discretizations of the KdV equation. Preprint 5. N.GUGLIELMI: Asymptotic stability barriers for natural Runge-Kutta processes for delay differential equations. Preprint 6. N.GUGLIELMI E.HAIRER: Implementing Radau IIA methods for stiff delay differential equations. Preprint 7. S.MASET: Numerical solution of retarded functional differential equations as abstract Cauchy problems. Preprint (2000). Sottoposto a J.Comput.Appl.Math. 8. S.MASET: An abstract implicit Euler method for retarded functional differential equations. Preprint (2000) 9. A.BELLEN: Preservation of superconvergence for the numerical integration of delay differential equations with proportional delay. Preprint (2002) In stampa su IMA J.Numer.Anal. 13

22 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo 14

23 Anno 2001 Pubblicazioni in cui appaiono risultati ottenuti su IBM SP3 del CINECA Vincenzo Armenio Dipartimento di Ingegneria Civile Falcomer L., Armenio V., Large Eddy simulation of secondary flow over longitudinally ridged walls. Journal of Turbulence, 3, 008. Falcomer L., Armenio V., Analisi del flusso turbolento in corrispondenza di ondulazioni trasversali del fondo. Atti 28 Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Castellarin M., Armenio V., Analisi dei processi di deposizione per il dimensionamento delle vasche di sedimentazione. Atti 28 Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Cavazzon F., Armenio V., Dispersione di particelle solide in un canale turbolento caratterizzato da stratificazione stabile. Atti 28 Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Cardi M., Falcomer L., Armenio V., Romano G.P., 2002 LES simulations and PIV experiments of the flow over a wavy wall Proc. 9 European Turbulence Conference (ETC9) 15

24 Relazione Scientifica Settore Calcolo Intensivo 16

25 Anno 2001 Relazione sul Calcolo Intensivo del gruppo di Chimica Teorica Piero Decleva, Giancarlo De Alti, Giovanna Fronzoni, Mauro Stener, Sonia Coriani, Daniele Toffoli Dipartimento di Scienze Chimiche L attività di ricerca svolta è stata condotta essenzialmente su due tematiche. 1) Calcolo di proprietà spettroscopiche di processi di fotoemissione e fotoassorbimento molecolari. La descrizione quanto meccanica di tali fenomeni prevede il calcolo della funzione d onda dello spettro continuo elettronico, che è intrinsecamente complicata dalle peculiari condizioni al contorno cui deve obbedire. Il gruppo di chimica teorica ha sviluppato autonomamente una serie di codici Fortran in base finita di funzioni di B-spline in grado di risolvere questo problema in modo molto efficiente, impiegando il formalismo del Funzionale Densità per il trattamento del problema multielettronico. Il problema viene ricondotto alla risoluzione di sistemi lineari algebrici di grandi dimensioni che parallelizzano in modo estremamente efficiente. Un primo codice in base monocentrica è stato portato sulle macchine parallele CRAY T3E e SP3 (CINECA e CSIA), mentre è in corso di sviluppo e la parallelizzazione di un nuovo algoritmo più potente, che implementa un espansione multicentrica, e permetterà la trattazione di sistemi molto più estesi e a bassa simmetria. È inoltre in corso un estensione relativistica, con l uso dell hamiltoniano di Dirac a 4 componenti, inizialmente sul programma monocentrico. Nel corso dell anno sono anche state generalizzate le espressioni per il calcolo delle sezioni d urto differenziali, in modo da poter descrivere completamente le anisotropie angolari nella fotoemissione da molecole orientate (da misure in coincidenza ione/elettrone o da molecole adsorbite su superfici) e da molecole chirali. Nel caso atomico è stato implementato un algoritmo TDDFT relativistico non iterativo e molto stabile numericamente, che ha permesso la descrizione abinitio delle risonanze legate ed eccitazioni di core, ed è particolarmente adatto all implementazione molecolare. È stato implementato il calcolo delle osservabili di polarizzazione di spin. L efficienza degli algoritmi unita alle potenzialità dell hardware impiegato ha permesso di studiare teoricamente importanti sistemi di notevole interesse chimico, in particolare il fullerene C 60 [8,10], complessi di metalli di transizione [2,7,9] e cluster metallici magnetici [3]. A titolo di esempio per il calcolo della sezione d urto del fullerene è stato impiegato il calcolatore Cray T3E del CINECA, risolvendo sistemi lineari di dimensione utilizzando 128 processori. In Figura 1 è riportato un confronto tra il rapporto calcolato (linea continua) tra le sezioni d urto delle bande più esterne del fullerene e recenti dati sperimentali (simboli). 17

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