Flugzeugquerschnitt modelliert mit skalierbaren adaptiven Gittern
Der Querschnitt eines Flugzeuges ist modelliert mithilfe der Softwarebibliothek t8code. Die Softwarebibliothek unterstützt effizientes Management von dynamischen adaptiven Gittern und Daten auf diesen. t8code verbessert unterschiedliche Simulationsapplikationen als Plugin und kann für jede Simulationssoftware, die Gitter verwendet, eingesetzt werden.
Unsere Forschungsergebnisse demonstrieren rauschresistente Messungen von Phasenübergängen in einem kondensierten Materiemodell und zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den idealen Ergebnissen in der oberen Zeile und den experimentellen Ergebnissen in der mittleren Zeile. Die Veränderungen sind in der Messung unten rechts zu sehen, jedoch nicht in der Energieberechnung unten links, die üblicherweise verwendet wird.
Die Abteilung High-Performance Computing arbeitet mit fortschrittlichen Rechenmethoden, die komplexe Berechnungen und die parallele Verarbeitung großer Datenmengen auf Hochleistungsrechnern ermöglichen. Neben der Softwareentwicklung für klassische Rechencluster und Rechner der EXASCALE-Klasse forscht die Abteilung an Anwendungen für Quantencomputer. Das Quantencomputing stellt eine wesentliche Verbesserung der Lösungsmöglichkeiten für hochkomplexe Fragestellungen dar, die mit herkömmlichen Rechnern nur schwer zu bewältigen sind.
Datenanalyse und Simulation mit High-Performance Computing
High-Performance Computing (HPC) bedeutet Hochleistungsrechnen und ist der Turbo unter den Rechenmethoden. Das HPC stellt ein unverzichtbares Werkzeug für die numerische Simulation, die Datenanalyse und viele andere Forschungsbereiche dar. Wir befassen uns mit dem Thema High-Performance Computing in seiner Gesamtheit. So liefern wir neben der Software-Expertise auch das Know-how für modernste Hardware-Anforderungen.
Im Kern unserer Softwareforschung steht der Umgang mit enormen Datenmengen. Hier nutzen wir effiziente parallele Algorithmen aus der Künstlichen Intelligenz, um große Datenmengen performant zu analysieren. Für die extrem parallelen Rechner der Zukunft entwickeln wir effiziente massiv skalierbare Algorithmen. Wir arbeiten an Software zur Optimierung und Beschleunigung von HPC-Prozessen mit modernen Hardwarekomponenten wie Grafik- oder Vielkernprozessoren. Gleichzeitig entwickeln wir robuste und sichere Methoden, die die Genauigkeit physikalischer Modelle und numerischer Simulationen mit der Flexibilität und der Geschwindigkeit datengetriebener Modelle kombinieren.
Einige Beispiele für den Einsatz von HPC-Methoden und -Rechenleistungen liegen in den Bereichen:
Geometriemodellierung und Formoptimierung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt. So unterstützen wir Ingenieurinnen und Ingenieure innerhalb und außerhalb des DLR bei der Generierung, Simulation und Validierung von hybriden Modellen.
Simulation mit Digitalen Zwillingen
Prädiktive Software-Frameworks basierend auf statistischer Modellierung. Hier betrachten wir die Lösung technischer und gesellschaftlicher Herausforderungen, beispielsweise den Schutz von Infrastrukturen in Krisenfällen.
Numerische Simulationen. Hier forschen wir an extrem skalierbaren Algorithmen und Datenstrukturen für die adaptive Gitterverfeinerung. So können die HPC-Ressourcen Rechenpower und Speicherplatz deutlich effizienter eingesetzt werden und Simulationen in weniger Zeit und mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden.
Im Bereich der Hardware untersuchen wir neben den klassischen Rechnerarchitekturen den effizienten Einsatz neuer spezialisierter Rechnerarchitekturen. Ein Beispiel hierfür ist eine neuromorphe Hardware, die für den Bereich der künstlichen Intelligenz optimiert ist. Dabei unternehmen wir große Anstrengungen, um die eingesetzten HPC-Ressourcen möglichst Energie-effizient zu nutzen.
Forschung an Quantencomputern und -anwendungen
Durch die Verfügbarkeit erster nutzbarer Quantencomputer-Hardware erschließen sich für Industrie und Forschung Lösungsmöglichkeiten, die mit herkömmlichen Rechnersystemen unerreichbar bleiben. Dies betrifft hochkomplexe Bereiche wie die Materialforschung, die Logistik und die Optimalsteuerung.
Im Quantencomputing betrachten wir den gesamten Software-Stack von der Hardware bis zur Anwendung.
Wir erforschen neuartige Architekturen für Quantencomputer und entwickelt Quantenalgorithmen für aussichtsreiche Problemstellungen.
Zudem betrachten wir Methoden zur Steigerung der Zuverlässigkeit von aktuellen und zukünftigen Quantencomputern, insbesondere die Quantenfehlerkorrektur, das Quantensoftwareengineering und die optimierte Kompilierung von Quantenalgorithmen.
Wir loten das Potential von Quantencomputern für die Lösung komplexer Herausforderungen innerhalb des DLR aus. An vielen DLR-Instituten gibt es komplexe Fragestellungen, die mit Hilfe von Quantencomputern perspektivisch besser gelöst werden können. Themenfeldern sind unter anderem Kryptografie, Energiesysteme, Werkstoffsimulation, Batterieforschung, Radartechnologie, Klimaforschung und Aerodynamik. Im Rahmen eines gezielten Schulungsangebots bündeln wir die im DLR vorhandenen Kompetenzen in der Nutzung von Quantenrechnern, um diese einer breiten Anwendergruppe im DLR zur Verfügung zu stellen.
