CEEC

Da Supercomputer zunehmend leistungsfähiger und numerische Algorithmen effizienter werden, können Wissenschaftler:innen komplexe Systeme realistischer als bislang simulieren. Die numerische Strömungsmechanik (CFD) — eine rechenintensive, für viele wissenschaftliche und technische Bereiche unerlässliche Disziplin — treibt die Entwicklung des Höchstleistungsrechnens in Richtung Exascale, der nächsten Größenordnung der Rechenleistung, voran. CFD konzentriert sich auf Skalierung, um größere Systeme mit höherer Präzision zu simulieren und es gibt bereits viele hocheffiziente CFD-Simulationscodes. Aus diesem Grund ist CFD einer der wenigen Anwendungsbereiche mit dem Potenzial, Exascale-Leistung zu erreichen.

Derzeit sind die meisten CFD-Codes jedoch noch nicht für den zuverlässigen und effizienten Betrieb auf Systemen im Extremmaßstab ausgelegt. Sie können sehr viel Energie verbrauchen, langsam laufen und aufgrund von Fehlern zum Absturz neigen, was sie unpraktisch macht. Die Verbesserung von Codes für die effiziente Durchführung von Exascale-Simulationen ist daher aktuell eine der größten Herausforderungen der numerischen Strömungsmechanik.

Aufbauend auf der Arbeit früherer Projekte wie EXCELLERAT wird das von der EuroHPC Joint Undertaking geförderte Centre of Excellence in Exascale CFD (CEEC) die Leistung von fünf europäischen CFD-Codes verbessern. Die Auswahl an Codes deckt ein breites Spektrum von CFD-Anwendungen ab, darunter kompressible, inkompressible und mehrphasige Strömungen. Verbesserungen dieser Codes werden in Leuchtturmprojekten erprobt. Der Schwerpunkt liegt auf Anwendungen, die in der industriellen Praxis höchstrelevant sind. Beispiele hierfür sind der Entwurf von Flugzeugen mit geringerem Treibstoffverbrauch, die Verbesserung statischer Mischer zum Mischen von Flüssigkeiten, das Management der Bodenerosion in Offshore-Windparks, die Modellierung atmosphärischer Grenzschichtströmungen und die Verringerung von Turbulenzen bei der Konstruktion von Schiffsrümpfen. Im Gegensatz zu anderen Projekten wird sich CEEC auf groß angelegte Simulationen konzentrieren, die den Einsatz eines ganzen Exascale-Supercomputers erfordern.

CEEC wird exascale-fähige Arbeitsabläufe zur Bewältigung relevanter Herausforderungen für neue und künftige Pre-Exascale- und Exascale-Systeme implementieren, einschließlich der EuroHPC-Systeme. Zur Verbesserung der Skalierbarkeit, der Energieeffizienz und der Benutzerfreundlichkeit wird CEEC eine Reihe von Techniken und Technologien einsetzen, darunter:

• effiziente Ausnutzung beschleunigter Hardware-Architekturen (GPUs)
• adaptive Algorithmen mit gemischter Genauigkeit (mixed-precision)
• effiziente Quantifizierung von Unsicherheiten im großen Maßstab
• Datenkompression
• Modelle zur Schließung von Turbulenzen
• Hybride Fernvisualisierung

Das HLRS bringt sein Fachwissen im Bereich Visualisierung und Datenmanagement in CEEC ein und leitet die Kommunikationsaktivitäten des Projekts.