WindHPC

Simulationen zur Untersuchung komplexer Problemstellungen sind heutzutage nicht mehr aus Forschung und Industrie wegzudenken. Die dafür nötigen Rechenressourcen haben jedoch einen nicht unbeträchtlichen Energieverbrauch. WindHPC versucht daher rechenintensive Simulationen nachhaltiger zu gestalten. Hierzu wird im Projekt ein gesamtheitlicher Ansatz verfolgt: Dieser umfasst unter anderem den Einsatz ökologischer Rechenressourcen, Effizienzsteigerungen der Software und Optimierung der Workflows sowie die verbesserte Datennachnutzung.

Im Projekt wird hierzu zuerst der Energieverbrauch einzelner Simulationen und von Simulationsworkflows auf unterschiedlicher Hardware und an verschiedenen Standorten mittels Energieeffizienzmetriken untersucht und hierfür die Entwicklung digitaler Zwillinge vorangetrieben. Diese können dann zur genaueren Analyse und Nutzung von Energieeinsparpotenzialen herangezogen werden.

Darauf aufbauend werden softwareseitige Auto-tuning-Methoden entwickelt, welche zur Laufzeit die energieeffizienteste und ggf. skalierbarste Kombination aus Simulationsalgorithmen, Datenstrukturen und Parallelisierungsstrategien auswählt.

Ein weiterer Aspekt in WindHPC ist die erste Verbindung von Rechnern in Windenergieanlagen mit HPC-Rechenzentren. An dieser Stelle ist geplant, Rechner in Windenergieanlagen bei der WestfalenWIND IT GmbH & Co KG mit den HPC Rechenressourcen des HLRS zu verbinden. Um dies zu ermöglichen, sollen intelligente Scheduling-Verfahren entwickelt werden, die unter Berücksichtigung des Energiebedarfs und der zeitlichen Relevanz benötigter Simulationen den Gesamtworkflow optimal auf diese beiden Ressourcen verteilen und ausführen.

Als weiterer Aspekt wird anhand skalenübergreifender Beispiele aus der Verfahrenstechnik der Nutzen verfeinerter (Simulations-)Modelle im Verhältnis zur dafür benötigten Energie ermittelt werden. Dabei soll das Kosten-Nutzen-Verhältnis von Molekulardynamik (MD)-Simulationen mit anderen Methoden sowie skalenübergreifenden Methoden verglichen werden.

Mit den Anwendungsbeispielen adressiert WindHPC zudem die semantische Anreicherung der Simulationsdaten und Integration in Datenrepositorien zur verbesserten Datennachnutzung – abzielend auf die Reduktion von durchgeführten Simulationen.