High Performance Quantum Transport Solver Using Modular Supercomputing

Technology Computer-Aided Design (CAD) tools are used in all phases of the development of electronic components. Simulation tools of the next generation aim at devices in the nanometer range, where in addition to the band structure description accurate models for quantum mechanical transport of charge carriers, including carrier scattering become essential. In this project, numerical methods and algorithms that meet these requirements will be devised. A modular prototype will be developed that implements several quantum transport models including all relevant scattering mechanisms at different levels of physical accuracy and algorithmic complexity. The quantum transport calculations will be parallelized on distributed computing systems. Efficient numerical methods and parallelization strategies for the optimal solution of the quantum transport problems will be developed and adapted to the computing infrastructure available

Technology Computer-Aided Design (TCAD) Werkzeuge werden in allen Phasen der Entwicklung von elektronischen Bauelementen eingesetzt. Die nächste Generation dieser Simulationswerkzeuge zielt auf Bauelemente im Nanometer-Bereich und muss daher neben der Bandstrukturbeschreibung vor allem Modelle für den quantenmechanischen Transport von Ladungsträgern inklusive Ladungsträger-Streuung enthalten. In diesem Projekt werden numerische Methoden und Algorithmen entwickelt, die dieser Anforderung gerecht werden. Es wird ein modularer Prototyp erstellt, der Quantentransport-Modelle mit den relevanten Streumechanismen in unterschiedlicher physikalischer Genauigkeit sowie algorithmischer Komplexität beinhaltet. Die Quantentransportberechnungen setzen die Parallelisierung und Verwendung von verteilten Rechnersystemen voraus. Im Zuge des Projektes werden effiziente numerische Verfahren und Parallelisierungsstrategien für die optimale Lösung des Quantentransportproblems angepasst auf die verfügbare Infrastruktur entwickelt.