Motivation
Die Simulation der Wellenausbreitung findet heute eine zunehmend breite Anwendung in verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen, zum Beispiel bei Gefährdungsanalysen (Lärmschutz, Erdbeben) oder bei der Abbildung von Strukturen und Materialeigenschaften von Bauelementen oder im Erdinneren. Die steigende Leistungsfähigkeit von HPC-Systemen erlaubt es, die bisherigen Näherungsverfahren zunehmend durch immer rechenintensivere Wellenfeldberechnungen zu ersetzen, die alle physikalischen Effekte der Wellenausbreitung berücksichtigen können. Dies erlaubt realistischere Vorhersagen und führt zu einem besseren Verständnis komplexer Wellenausbreitungsphänomene.
Ziele und Vorgehen
Die für die verschiedenen Anwendungen notwendigen Simulationsrechnungen sprengen heute schnell die Grenzen der verfügbaren HPC-Kapazitäten. Zudem berücksichtigen die heute eingesetzten Implementierungen in der Regel noch nicht die Anforderungen zukünftiger HPC-Architekturen, insbesondere bezüglich der Heterogenität sowie des hierarchischen Aufbaus. Die Entwicklung zu immer heterogeneren HPC-Systemen ist vor allem für kleine und mittlere Unternehmen eine zunehmende Herausforderung.
Innovationen und Perspektiven
Aus diesen Gründen ist das zentrale Ziel des Projektes WAVE die Entwicklung und Bereitstellung einer transparenten, portablen und freien HPC-Toolbox für die Simulation und Inversion von Wellenfeldern. Bestandteil dieser Toolbox sind Module und Datenstrukturen, die eine effiziente Ausnutzung heutiger und zukünftiger HPC-Systeme ermöglichen. Für die Anwender verschiedener Wissenschaftsdisziplinen aus der Medizintechnik, Materialprüfung oder der Exploration von Rohstoffen ergibt sich durch die Verwendung der Komponenten der HPC-Toolbox eine nachhaltige Erschließung moderner HPC-Architekturen. Die praktische Erprobung der HPC-Toolbox erfolgt im Projektverlauf exemplarisch am Beispiel der Datenbearbeitung seismischer Explorationsmessdaten.