Ein Open-Source-Softwareframework für exascale-fähige Strömungssimulationen auf dynamischen adaptiven Gittern und dessen Anwendung in der Erdsystemmodellierung.
Ziel des Projekts ADAPTEX ist die Entwicklung eines allgemein nutzbaren Open-Source-Softwareframeworks für exascale-fähige Strömungssimulationen auf dynamischen adaptiven Gittern und dessen Anwendung in der Erdsystemmodellierung. Durch die Zusammenführung existierender, individuell spezialisierter High-Performance-Computing-Softwarebibliotheken und deren Erweiterung auf heterogene Rechnerarchitekturen der Exascale-Leistungsklasse soll die parallele Skalierbarkeit von heutigen und zukünftigen CFD-Anwendungen deutlich verbessert, die modellierte räumliche Auflösung und Genauigkeit erhöht und insgesamt die Ressourceneffizienz gesteigert werden.
Die entwickelten Technologien werden direkt in einem kommerziellen Hochwassersimulationscode, globalen Klima-Chemie-Simulationen und atmosphärischen Lagrangeschen Transportsimulationen sowie einem Flachwassersimulationswerkzeug für Oberflächenabfluss eingesetzt. Die kombinierte Leistungsfähigkeit soll auf Tier-0 Hochleistungsrechnern demonstriert werden.
Adaptive Gitter in einer Simulation der Strömungen in der Erdatmosphäre.
Durch gezieltes Verfeinern und Vergröbern der Rechenzellen können Rechenzeit und Speicherbedarf deutlich reduziert werden.
Credit:
Johannes Holke, 2021
Die Abteilung High-Performance Computing des DLR-Instituts für Softwaretechnologie ist hierbei federführend sowohl in der Projektleitung als auch in der fachlichen Entwicklung tätig. Die Abteilung forscht seit mehreren Jahren an skalierbaren Methoden der dynamischen adaptiven Gitterverwaltung (Adaptive Mesh Refinement – AMR). Der Einsatz von AMR erlaubt es, die Auflösung einer Simulation gezielt zu verfeinern und zu vergröbern. Dies optimiert die Nutzung von Rechenleistung und Speicherverbrauch, sodass Simulationen in deutlich feineren Auflösungen möglich sind als mit herkömmlichen statischen Gittern.
In ADAPTEX entwickelt das Institut für Softwaretechnologie die dynamische adaptive Gitterverwaltungssoftware t8code weiter, zusammen mit hochmodernen Discontinuous-Galerkin-Methoden der Universität zu Köln und Adaptionsschätzern der RWTH Aachen. Im Projekt werden mehrere wissenschaftliche und industrielle Anwendungscodes angebunden und deren Leistungsfähigkeit – insbesondere auf Supercomputern – gesteigert. Das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre bringt Anwendungscodes für den Bereich der Atmosphärenchemie, das Forschungszentrum Jülich für den Atmosphärentransport und die Hydrotec GmbH für Hochwassersimulationen ein.
