Konsortium
Das SKAMPY Konsortium besteht aus fünf Arbeitsgruppen an drei Standorten:
Ulrich Rüde
Harald Köstler
| Lehrstuhl für Systemsimulation, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg |
| Britta Nestler |
Institut für Angewandte Materialien, Computational Materials Science (IAM-CMS), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
Institute of Materials ans Processes (IMP), Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft, University of Applied Sciences (HsKA)
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| Martin Heilmeier |
Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
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| Gerhard Wellein |
Regionales Rechenzentrum Erlangen (RRZE), Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nbg. (FAU)
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| TinniT Technologies GmbH |
Karlsruhe
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Steckbrief
Komplexe Phänomene in den Natur- und Ingenieurwissenschaften werden
dank der rapide steigenden Rechenleistung
immer öfter mit Hilfe von realitätsgetreuen Simulationstechniken erforscht.
Das daraus entstandene Fachgebiet
Computational Science and Engineering (CSE) gilt deshalb
als neue, dritte Säule der Wissenschaft, die die beiden klassischen Säulen
Theorie und Experiment ergänzt und verstärkt.
Im Kern des CSE geht es darum, leistungsfähige
Simulationsmethoden für aktuelle und zukünftige Höchstleistungsrechner
zu entwerfen, zu analysieren und sie für die praktische Nutzung
robust, benutzerfreundlich und zuverlässig zu implementieren.
Für die Entwicklung neuer Materialien mit besseren Werkstoffeigenschaften,
sowie für die Optimierung von Herstellungs- und Fertigungsprozessen sind moderne und
hocheffiziente
Simulationstechniken heute unverzichtbar.
Sie ersetzen hier zu einem großen Teil die traditionellen
zeit- und kostenintensiven Experimente, die sonst für die Materialentwicklung und die
Qualitätssteigerung von Werkstoffkomponenten erforderlich sind.
Materialsimulationen bilden dabei jedoch eine große Herausforderung
für die Grundlagenforschung
und für das Höchstleistungsrechnen.
Die mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffes werden ganz wesentlich durch die Ausbildung der
Mikrostruktur beim Herstellungsprozess - d.h. bei der Erstarrung aus der Schmelze - festgelegt.
Die Simulation des Erstarrungsprozesses kann dabei wichtige
neue Erkenntnisse über experimentell nicht beobachtbare Gefügeausbildungsprozesse
liefern und dies ermöglicht es, den Einfluss auf die erzielte Struktur systematisch zu
analysieren.
Hiermit wird es in Zukunft möglich, neue Materialien mit speziellen Eigenschaften
virtuell am Computer zu entwerfen.
Simulationsbasierte Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für diese Problemstellung erfordern
eine sehr feine räumliche und zeitliche Auflösung, um alle relevanten physikalischen Effekte
abzubilden und
deshalb benötigen sie eine extrem hohe Rechenleistung.
Um auf künftigen Großrechensystemen derartige Probleme mit vielen Tausend Rechenknoten lösen zu
können,
muss die eingesetzte Simulationssoftware nicht nur in der Lage sein,
diese vielen Rechenknoten gleichzeitig zu nutzen,
sondern sie muss darüber hinaus auch eine maximale Rechenleistung
bei möglichst geringem Ressourcenverbrauch liefern.
Neben der eigentlichen Rechenzeit gewinnt hier auch der Energieverbrauch der Supercomputer
eine erhebliche Bedeutung.
Als Software Basis von SKAMPY wird das waLBerla Framework verwendet.
In diesem Projekt wird waLBerla nun erweitert um
neue anwendungsorientierte Probleme in den Materialwissenschaften zu lösen.
Dabei kommen speziell entwickelte Programmiermethoden zum Einsatz,
die eine besonders gute Ausnutzung der Supercomputer ermöglichen.
Im Rahmen einer vielversprechenden gemeinsamen Machbarkeitsstudie für die Simulation von
Erstarrungsprozessen in Metalllegierungen
wurde bereits die Leistungsfähigkeit des Ansatzes und
die Portierbarkeit auf die Architekturen aller drei deutschen
Höchstleistungsrechner gezeigt, so dass das Projektkonsortium nun bestens aufgestellt ist,
um Supercomputersimulationen auch für zukünftige, noch deutlich komplexere
Forschungsaufgaben nachhaltig nutzbar zu machen.
