Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2012

Skalierbare Simulation von Tsunamis und Vorgängen in der Atmosphäre auf heterogenen Manycore-Plattformen

Prof. Dr. Michael Bader
Technische Universität München
Lehrstuhl für Informatik V

Prof. Frank Giraldo
Naval Postgraduate School - NPS
Department of Applied Mathematics

Anwendungen in den Geowissenschaften sind in besonderem Maße auf extrem leistungsfähige Hoch- und Höchstleistungsrechner angewiesen. Diese basieren zunehmend auf heterogener Hardware: Beschleunigertechnologien, frei programmierbare Grafikprozessoren (GPGPU) oder auch Manycore-CPUs, etwa gemäß der für die nahe Zukunft angekündigten Intel MIC Architektur. Die verfügbare Performance dieser Plattformen effizient zu nutzen ist für sich genommen bereits eine Herausforderung, die durch Anforderungen seitens der Anwendungen – insbesondere dynamisch adaptive Gitterverfeinerung – neue algorithmische Ansätze und die Weiterentwicklung der entsprechenden Simulationssoftware erfordert. In diesem BaCaTeC-Projekt werden wir daher, gemeinsam mit Experten der Firma Intel, unsere Simulationscodes für Atmosphären- und Tsunami-Simulation (jeweils basierend auf einer discontinuous Galerkin Diskretisierung) sowohl für CPU- als auch für GPU-Plattformen optimieren.

Abschlussbericht
Das BaCaTeC-Projekt zu Skalierbare Simulation von Tsunamis und Vorgängen in der Atmosphäre auf heterogenen Manycore-Plattformen zwischen den Gruppen von Frank Giraldo (Naval Postgraduate School, Monterey) und Michael Bader (Technical University of Munich) beschäftigte sich mit der Entwicklung entsprechender Simulationssoftware für Höchstleistungsrechner, basierend auf dem Discontinuous Galerkin (DG) Verfahren. Untersucht wurden vor allem Aspekte der effizienten Implementierung von DG Algorithmen, aber auch Ansätze zur Lastbalancierung mittels raumfüllender Kurven für dynamisch-adaptive Verfeinerung und Vergröberung der Diskretisierungsgitter. In der Gruppe von Giraldo flossen die Arbeiten in die Entwicklung von NUMA ein (Non-Hydrostatic Unified Model of the Atmosphere; zur Simulation von Wetter- und atmosphärischen Vorgängen). In der Gruppe von Bader, trugen die Arbeiten bzgl. DG-Implementierung zur Weiterentwicklung der Softwarepakete SeisSol (zur Simulation von Erdbeben) und sam(oa)² bei, einem Paket zur Realisierung von DG und Finite-Volumen-Verfahren auf dynamisch adaptiven Gittern.

Zwei Doktoranden der TUM absolvierten längere Forschungsaufenthalte mit der Gruppe von Giraldo. Kaveh Rahnema nahm gemeinsam mit Frank Giraldo an dem Forschungsprogramm “Multiscale Numerics for the Atmosphere and Ocean” des Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences in Cambridge, UK, teil. Diese Zusammenarbeit legte die Grundlagen der Implementierung erster DG-Verfahren in sam(oa)². Alexander Breuer besuchte die NPS in Monterey für 2 Monate im Herbst 2013 und arbeitete an einem Prototyp zur Realisierung generischer DG-Verfahren für allgemeine hyperbolische Differentialgleichungssystem. Der Ideenaustausch zu Lastbalancierungsverfahren mittels raumfüllender Kurven trug langfristig zu der in NUMA später verwendeten Oktalbaum-basierten Algorithmen zur Lastbalancierung bei. Die Zusammenarbeit im Bereich Tsunami-Simulation wurde im Rahmen des Projekts ASCETE (Advanced Simulation of Coupled Earthquake-Tsunami Events, www.ascete.de, gefördert von der Volkswagen Stiftung) fortgeführt.