A beszámolási időszakban folytattuk az Element-by-Element típusú, végeselemes számítási módszerek (EbE FEM) párhuzamosítását CUDA architektúrán. Az EbE FEM módszer abban különbözik a „hagyományos” végeselem módszerektől, hogy itt nincs szükség a teljes rendszermátrix összeállítására, mert az azon végzett műveletek mind visszavezethetők az elemmátrixokon végzett műveletekre. Ez a gyakorlat szempontjából számos előnnyel jár a hagyományos módszerekhez képest. Az egyik, hogy nincs szükség a rendszerint nagy méretű rendszermátrix tárolására, amely még a gyakran alkalmazott „ritka” (sparse) tárolási formátum mellett is jelentős memóriát igényel. A másik előny, hogy mivel az elemmátrixokra visszavezetett műveletek egymástól függetlenül megvalósíthatók, a számítás nagyon jól párhuzamosítható. Különösen fontos ez az olyan speciális hardver architektúrák esetében, mint amilyen az alprojekt által megcélzott videokártya (GPU), ahol a több száz processzor sok tízezer szál futtatását teszi lehetővé.

Meg kell említeni, hogy nemrég végre megjelent a témában publikált, és a korábbi munkát összefoglaló folyóiratcikk: Kiss I, Gyimóthy Sz, Badics Zs and Pávó J: „Parallel realisation of the element-by-element FEM technique by CUDA”, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 48, No. 2, pp. 507-510 (2012).

Ebben az időszakban és ezen a részterületen a fő kutatási feladat a multi-GPU implementáció volt, amely azért fontos, mert a CUDA-kártyákra integrált memória erősen limitált, és így nem teszi lehetővé igazán nagy méretű térszámítási problémák megoldását. A munka eredményeiből újabb publikáció született: cikket adtunk be az IEEE HPEC'12 konferenciára (High Performance Extreme Computing Conference), amely 2012 szeptember 10-12 között kerül megrendezésre az USA-beli Waltham-ben (MA). A cikk címe „High locality and increased intra-node parallelism for solving finite element models on GPUs by novel element-by-element implementation”, szerzői Kiss Imre, Badics Zsolt, Gyimóthy Szabolcs és Pávó József. A cikk, amelyet szóbeli előadásra fogadtak el, a TÁMOP projekt támogatásával született meg. A proceedings-ben való megjelenés mellett, azt követően, folyóiratcikk megjelentetése is várható.

Tematikailag az alprojekt újabb részterülettel gazdagodott a beszámolási időszakban, amely még szorosabb kapcsolatban áll az anyagtechnológiával és az anyagvizsgálattal, mint az előbbi: Gombor Tamás Msc hallgató Dr. Pávó József és Dr. Szabó Zsolt vezetésével a nanogömbökkel megvalósított fotolitográfia számítógépes szimulációjával foglalkozott.

Manapság a különleges nanoszerkezetek létrehozása céljából intenzíven kutatják az olyan, a hagyományostól eltérő optikai litográfia lehetőségeit, amelyben maszk helyett elektronsugarat használnak. Kolloidkémia segítségével ma már nagyon sokféle, változatos tulajdonságú és kialakítású szigetelő nanorészecskét (pl. nano-gömböt) lehet létrehozni, és ezeket a részecskéket fotorezisztre lehet helyezni. A megadott összetételű és méretű dielektromos gömbök mátrixa így sok mikrolencseként működik, ha a rezisztet megvilágítjuk. Ezzel az eljárással például nagy kiterjedésű, hexagonálisan elhelyezkedő nano-rudak vagy lyukak struktúrája alakítható ki.

Az expozíció intenzitás eloszlásának számítására a Maxwell-egyenleteket oldottuk meg végeselem módszer segítségével. Ezt követően bomlási-feloldási modelleket alkalmaztunk a hézag-profilok alakjának becslésére. A szimuláció célja az eljárás paramétereinek meghatározása volt annak érdekében, hogy megfelelő lyukak jöjjenek létre a rezisztben, amelyeken keresztül azután nano-rudak növeszthetők. A nano-gömbök méretét és a reziszt vastagságát sikerült úgy optimalizálni, hogy az eljárás – adott hullámhossz mellett – a lehető legkisebb rácsállandójú, hexagonális elhelyezkedésű lyuk-struktúrát eredményezze.

Gombor Tamás a TÁMOP projekt támogatásával részt vett a Sopronban ez év június 3-6. között megrendezett nemzetközi SAEM'12 (Symposium on Applied Electromagnetics) konferencián, poszter szekcióban. A cikk címe „Numerical Simulation of Nanosphere Array Photolithography”, szerzői Gombor Tamás, Szabó Zsolt és Pávó József. A cikk megjelenik a proceedings-ben, és azt követően folyóiratcikk publikálására is van lehetőség.