Motivation
Simulationsrechnungen werden seit Jahrzehnten sowohl im universitären Umfeld als auch in der Wirtschaft eingesetzt und gehören heute zu den treibenden Faktoren für Innovationen in Wissenschaft und Technik. Beispiele hierfür sind die Strukturmechanik-, Molekül- oder Strömungssimulation. Bei der Durchführung von Simulationen wird meist eine Folge sehr aufwändiger gleichartiger Rechenaufgaben (so genannter Zeitschritte) gelöst, wobei nur durch die Verteilung der Rechenarbeit auf die parallelen Rechenkerne eines leistungsfähigen HPC-Systems (High-Performance-Computing) eine Lösung in akzeptabler Zeit möglich ist. Der steigende Bedarf an Rechenleistung treibt eine rapide Fortentwicklung der HPC-Systeme an. Dies führt zu häufigen Veränderungen der Hardware-Architekturen. Da bereits wenige Hardware-Details entscheidend für die Geschwindigkeit eines Simulationsprogramms sein können, macht dies bisher ein langwieriges, zeitaufwendiges Umprogrammieren und Anpassen durch Programmierexperten notwendig. Ziel des Projektes SeASiTe ist es, einen Innovationsschub für die Automatisierung dieser Anpassungsschritte zu liefern.
Ziele und Vorgehen
Der Forschungsansatz besteht darin, die Simulationsverfahren durch Integration so genannter Selbstadaptionstechniken in die Lage zu versetzen, sich selbständig an die Hardware-Architektur des jeweiligen HPC-Systems anzupassen, so dass der Programmcode automatisch mit den Architekturveränderungen neuer Computergenerationen mitwächst. Dadurch entstehen eigenständig adaptive Simulationscodes, deren Wartung und Portierung wesentlich vereinfacht wird. Um eine breite Einsetzbarkeit zu gewährleisten, werden neue Selbstadaptionstechniken für drei verschiedene Klassen von zeitschrittbasierten Simulationstechniken erforscht und prototypische Softwarewerkzeuge für deren Integration in die Simulationscodes entwickelt.
Innovationen und Perspektiven
Die Anwendbarkeit der entwickelten Techniken und Werkzeuge wird in Zusammenarbeit mit dem Chemnitzer Unternehmen MEGWARE für unterschiedliche HPC-Architekturen sowohl für Anwender im wissenschaftlichen als auch kommerziellen Bereich sichergestellt. Die o.g. Simulationen werden angewandt z.B. in der Klimaforschung, im Fahrzeugbau, der Chemischen Industrie oder bei der Wettervorhersage.