Motivation
Die Simulation komplexer Probleme in Forschung und Industrie erfordert immer größere und schnellere Höchstleistungsrechner. Gleichzeitig wächst das Energiebewusstsein bei der Nutzung von Rechenleistung. Damit kommt der optimalen Auslastung der Rechenkapazitäten eine große Bedeutung zu. Je effizienter Rechenressourcen von Simulationssoftware genutzt werden können, umso besser werden die benötigte Energie und somit die Investition in den Rechenbetrieb eingesetzt. Hierzu muss zum einen die Rechenleistung jedes einzelnen Prozessors (basierend auf seinen eigenen Charakteristika) optimal genutzt werden. Zum anderen muss das zu lösende Problem so effizient wie möglich auf dem Höchstleistungsrechner verteilt werden, so dass all seine vorhandenen, heterogenen Ressourcen (CPUs, Beschleuniger-Hardware, etc.) optimal eingesetzt werden. Für künftige Höchstleistungsrechner-Architekturen mit zunehmender Rechenkernanzahl ist in diesem Zusammenhang auch die effiziente Handhabung einzelner ausfallender Prozessoren eine große Herausforderung.
Ziele und Vorgehen
Im Projekt TaLPas wird Software für Simulationsverfahren und -abläufe entwickelt, die sich an jeden einzelnen Prozessor automatisch anpasst und somit dessen Rechenleistung bestmöglich ausschöpft. Zudem wird untersucht, inwiefern komplexe Simulationsabläufe und ihre internen Abhängigkeiten effizient auf vorgegebene Rechenressourcen übertragen werden können. Hierzu soll der Gesamtablauf so in Teilaufgaben unterteilt werden, dass diese die vorhandenen Ressourcen optimal über den Gesamtverlauf der Simulation nutzen können. Um auf Hardwarefehler wie bspw. ausfallende Prozessoren reagieren zu können, sollen die entstandenen selbstadaptierenden Verfahren um effiziente Fehlertoleranzansätze ergänzt werden. Eine Evaluierung der hier entwickelten Ansätze wird auf verschiedenen Höchstleistungsrechnern erfolgen, insbesondere auf dem SuperMUC (Leibniz-Rechenzentrum, Garching b. München) und dem Hazel Hen (Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart).
Innovationen und Perspektiven
Beispielhaft werden in TaLPas partikelbasierte Simulationen betrachtet. Diese kommen in einer Vielzahl von Problemstellungen zur Anwendung, u.a. in der Molekulardynamik, in der Chemie, in der Strömungssimulation, oder in der Astrophysik.