Center for Computational Sciences and Simulation (CCSS)

Forschung

Das wissenschaftliche Rechnen löst Probleme, die für klassische Methoden zu komplex sind. Dazu werden die beschreibenden Gleichungen zunächst so modifiziert (diskretisiert), dass ein Computeralgorithmus iterativ eine Lösung finden kann. Die Mitglieder des CCSS sind dabei sowohl in der Entwicklung der Algorithmen, der Implementierung als Software sowie in der Nutzung der Programme tätig.

Mit diesen Programmen werden Phänomene untersucht, die oft auf verschiedenen Größenskalen stattfinden (zum Beispiel vom Brennstofftröpfchen zur Gasturbine). Der Einfluss der kleinen Skalen auf die gesamte Simulation muss dann durch „Schließungsansätze“ oder „Skalenübergangsbedingungen“ modelliert werden. Diese Modellierungstheorien werden wiederum von Mitgliedern im CCSS entwickelt und durch aufwändige Simulationen getestet.

Mitglieder des CCSS aus Biologie, Chemie, Informatik, Ingenieurwissenschaften, Mathematik und Physik befassen sich oft mit Problemen, deren Lösung massive Rechenleistung erfordert – eine sequentielle Ausführung der Programme würde oft Jahrzehnte dauern. Verschiedene Berechnungen müssen daher zeitgleich ausgeführt werden – man spricht hier vom Parallelrechnen. Dazu sind sowohl effiziente, oft komplexe Parallelisierungsstrategien wie auch geeignete Parallelrechner erforderlich. Der Hochleistungsrechner der UDE, eine Cray XT6m, verfügt über 4.128 Kerne und wird ab 2016 durch ein System von NEC mit 13.248 Kernen (siehe unten) ergänzt. 

Dieser Hochleistungsrechner stellt ein wichtiges Werkzeug für die Einwerbung von Drittmitteln, das Gewinnen hervorragender Mitarbeiter*innen und die Durchführung international sichtbarer Forschungsprojekte dar. Der Hochleistungsrechner befähigt die Forscher*innen der UDE aber auch dazu, ihre Algorithmen so zu entwickeln, dass ein bis zwei Größenordnungen stärkere Höchstleistungsrechner (zum Beispiel Jülich, München, Stuttgart) überhaupt genutzt werden können. So sind nun verschiedene Arbeitsgruppen in der Lage, Spitzenforschung durchzuführen, die ein Vielfaches der an der UDE vorhandenen Rechenkapazität erfordert. Bei dieser Befähigung der UDE-Forscher*innen spielt gerade das Supportteam von CCSS und ZIM eine maßgebliche Rolle (https://www.uni-due.de/ccss/sc_support.php).