SeisSol als Community-Software für Reproduzierbare Computational Seismology - CoCoReCS

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Michael Bader; Dr. Alice-Agnes Gabriel; Dr. Gerald Mathias, seit 7/2021
• Fachliche Zuordnung: Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391134334

Das Software-Paket SeisSol (www.seissol.org) ermöglicht die Simulation komplexer seimischer Probleme auf Hochleistungsrechnern und mit Genauigkeit höherer Ordnung.SeisSol ist für ein breites Spektrum gesellschaftlich hoch relevanter Anwendungen einsetzbar, etwa zur Simulation induzierter seismischer Ereignisse (verursacht etwa durch Geothermie-Anlagen oder Projekte zur CO2-Speicherung) sowie für eine physikalisch fundierte Beurteilung seismischer Gefahren.Ein besonders erfolgreiches Einsatzbeispiel ist die Multiphysik-Simulation des nichtlinearen Bruchmechanik-Prozesses von Erdbeben und der resultierenden Erdbebenwellen in geometrisch komplexen, hoch detaillierten Modellen - etwa des 2004 Sumatra-Andaman Erdbebens.SeisSol ist seit 2015 als Open-Source-Software verfügbar (github.com/SeisSol).Einige Pilotanwender setzen die Software bereits ein, jedoch haben sich folgende Hindernisse für eine stärkere Verbreitung von SeisSol bei Seismologen herauskristallisiert:(1) Die Erstellung konsistenter geometrischer (CAD) Modelle und die Generierung qualitativ hochwertiger Diskretisierungsgitter ist allgemein eine hoch anspruchsvolle Aufgabe, die für SeisSol erst kürzlich zufriedenstellend gelöst werden konnte.(2) SeisSol ist zwar frei verfügbar (inkl. Software-Infrastruktur und Dokumentation), jedoch fehlen Installationssupport, Tutorials und Testbeispiele, um auch neue Nutzer anzuleiten, die noch nicht in der Nutzung von Hochleistungsrechnern ausgebildet sind.(3) Für eine breitere Akzeptanz in der Community ist zudem eine offene Plattform nötig, die reproduzierbare Simulationsszenarien bereitstellt - von der Implementierung etablierter Benchmarks zur Validierung der Software über erfolgreich implementierte neue Modellvarianten bis hin zur nachhaltigen Bereitstellung produktionsreifer Szenarien.In diesem Projekt sollen alle drei Hindernisse angegangen werden:(1) Ein gut dokumentierter Workflow zur Erzeugung von Diskretisierungsgittern für komplexe geologische Strukturen soll mittels frei verfügbarer (ggf. auch kommerzieller) CAD- und Gittergenerierungs-Software implementiert werden.(2) Trainingsmaterialen und (Präsenz- und Online-)Kurse sollen entwickelt werden, insbesondere für neue Nutzer aus der Computational Seismology.(3) Eine Infrastruktur soll entwickelt und installiert werden, die eine breite Palette an reproduzierbaren Simulationsszenarien nachhaltig bereitstellt: von Benchmark-Simulationen für die laufende Validierung der Software bis hin zu Szenarien die produktiv für die Einschätzung seismischer Gefahren geeignet sind.Solche Best Practices zur Bereitstellung von Simulationssoftware sind von besonderem Interesse für Hochleistungsrechenzentren, die bisher noch keine etablierte Prozeduren und Infrastrukturen haben, um Simulationssoftware gemeinsam mit Modell-Szenarien und Eingabedaten zur Verfügung zu stellen, um sozusagen auf Knopfdruck und reproduzierbar Simulationen, auch z.B. für Urgent-Computing-Anwendungen, zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsdaten und Software (Wiss. Literaturversorgung und Informationssysteme)
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Anton Frank, bis 6/2021