Verbundprojekt: TIME-X - Parallelisierung zeitabhängiger Simulationen für das zukünftige Supercomputing

Computersimulationen sind heutzutage ein essenzieller Bestandteil der Natur- und Ingenieurwissenschaften. Um durch rechnergestützte Simulation Rückschlüsse auf die reale Anwendung ziehen zu können, werden immer komplexere mathematische Modelle benötigt, die wiederum zu wachsendem Rechenbedarf führen. Selbst aktuelle Höchstleistungsrechner können diesen Rechenbedarf nicht decken und erfordern eine weitere Steigerung ihrer Rechenleistung in den Exascale-Bereich und darüber hinaus. Um die größere Parallelität auf Hardwareeben auch auszunutzen, müssen Algorithmen "parallelisierbar" sein, d.h. möglichst viele Teile eines Algorithmus müssen unabhängig voneinander und somit gleichzeitig ausführbar sein. Die Lösung von zeitabhängigen Problemen erfolgt allerdings bisher sequentiell: ausgehend von einem Anfangszustand wird die Lösung Schritt für Schritt bis zum Endzustand bestimmt. Das Projekt Time-X wird neue, parallelisierbare Algorithmen für zeitabhängige Simulationen entwickeln, die bisher aufgrund ihres immensen Rechenaufwandes nicht in einem angemessenen Zeitrahmen durchführbar waren. Diese Algorithmen ermöglichen eine Parallelisierung entlang der Zeitdimension für zeitabhängige Simulationen und werden in Software-Bibliotheken bereitgestellt. Dies ist ein notwendiger Schritt um die Rechenkraft zukünftiger Höchstleistungsrechner im und jenseits des Exascale Bereichs effizient für modellbasierte Vorhersagen nutzen zu können. Durch den immer größer werdenden Bedarf an Simulationen gerade auch in der industriellen Anwendung werden diese neuen Algorithmen auch in der Wirtschaft eine wichtige Rolle spielen. Die deutschen Partner im Projekt TIME-X werden sowohl zur Entwicklung der mathematischen und technischen Grundlagen dieser neuen Algorithmen auf Höchstleistungsrechnern beitragen als auch zu deren Umsetzung für Anwendungen in den Bereichen der Wettervorhersage, E-Mobilität und Teilchenbeschleunigung.