EXASIM
Exascale-fähige Softwarewerkzeuge zur Strömungssimulation im industriellen Design- und Optimierungsprozess

Beschreibung

Motivation

High-Performance Computing (HPC) gehört heute in vielen wissenschaftlichen Disziplinen zu den grundlegenden Forschungsmethoden. Höchstleistungsrechner erreichen seit diesem Jahr die Exa-flop-Leistungsklasse (mindestens 1018 Operationen pro Sekunde). Damit Anwendungen die Leistung von Exascale-Systemen effizient ausnutzen können, muss die Skalierbarkeit auf sehr großen und heterogenen Systemen verbessert werden. Eine Vielzahl von Komponenten sind für moderne Höchstleistungsrechner notwendig: vom Prozessor über Datenspeicher und Dateisystem bis zu Software und Algorithmen. Für alle diese Komponenten sind auch neue Technologien und Anpassungen an bestimmte Anwendungen und Schnittstellen notwendig.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Software für numerische Strömungssimulationen zur effizienten Nutzung moderner Höchstleistungsrechner. Die für Strömungssimulationen weitverbreitete quelloffene Software OpenFOAM soll über eine spezielle Softwareebene mit der quelloffenen Bib­lio­thek Gingko verknüpft werden, um auch die Kapazitäten von Rechenknoten aus Grafikbeschleunigern (GPU) verwenden zu können. Insbesondere die hochaufgelöste Berechnung von Strömungsturbulenzen kann durch die Nutzung hochparalleler Algorithmen auf GPUs optimiert werden. Die Rechenzeit wird dadurch verkürzt und die Berechnung wird energieeffizienter.

Innovationen und Perspektiven

Strömungssimulationen spielen in zahlreichen technischen Anwendungen eine sehr wichtige Rolle, von der Planung von Windenergieparks bis zur Entwicklung in der Automobiltechnik und Luftfahrt. Die genauere Berechnung von Turbulenzen ermöglicht eine bessere Vorhersage von Strömungseigenschaften komplexer Bauteile bereits im Entwurfsstadium und damit kürzere Entwicklungszyklen. Zusätzlich tragen zum Beispiel optimierte Turbinen zur Ressourcenschonung bei.