Dynamische HPC Softwarepakete: Nahtlose Integration von existierenden Softwarepaketen und Codegenerierungstechniken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Harald Köstler; Professor Dr. Ulrich Rüde
• Fachliche Zuordnung: Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik ; Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433735254

Komplexe Phänomene in den Natur- und Ingenieurwissenschaften werden zunehmend mit Hilfe von Simulationstechniken untersucht. Dies wird durch eine dramatische Erhöhung der verfügbaren Rechenleistung ermöglicht, und daraus entwickelt sich Computational Science and Engineering (CSE) als dritte grundlegende Säule der Wissenschaft. CSE zielt auf das Design, die Analyse und die Implementierung neuer Simulationsmethoden für das Hochleistungsrechnen (HPC), so dass diese robust, benutzerfreundlich und zuverlässig für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und technischen Problemen eingesetzt werden können. Angesichts der hohen Kosten für die Anschaffung und den Betrieb von Hochleistungsrechnern wird das Erreichen der bestmöglichen Recheneffizienz bei deren Nutzung zu einem Hauptkriterium für die Softwarequalität und ist ein zentraler Punkt auf der Forschungsagenda von CSE. Darüber hinaus muss HPC-Software eine Reihe zunehmend komplexer Anwendungen auf modernen zunehmend heterogenen Hardwareplattformen unterstützen, bei denen häufig viele verschiedenartige Algorithmen kombiniert werden, um interagierende physische Prozesse zu modellieren. Dafür muss HPC-Software häufig stark modifiziert werden, um die zusätzliche Leistungsfähigkeit neuartiger Architekturen voll ausnutzen zu können.Unser Hauptziel ist die Bereitstellung einer neuen Klasse dynamischer Software-Frameworks für HPC-Benutzer, die vorhandene und etablierte HPC-Frameworks mit aktueller Codegenerierungstechnologie kombinieren, um die Produktivität bei der Einführung neuer Anwendungen oder beim Portieren der Anwendungen auf neue Plattformen zu steigern.Wir werden die Vorteile dieses Ansatzes anhand von drei Multi-Physik-Anwendungen aufzeigen, erstens der Optimierung von Windkraftanlagen und Windparks, zweitens der Entstehung und Dynamik von Dünen, die in vielen Ökosystemen wie z.B. Flussbetten vorkommen, und drittens der Simulation geladener Teilchen in mikrofluidischen Strömungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen