Akademie Krakau International
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Arbeitsgruppe 2
Wissenschaftliches Rechnen im Exascale-Zeitalter
Leitung
Jun.-Prof. Dr. Dominik Göddeke
Lehrstuhl für Angewandte Mathematik und Numerik,
Technische Universität Dortmund
Ass.-Prof. Dr. Matthias Möller
Department of Applied Mathematics,
Delft University of Technology, Niederlande
Teilnehmer
Studierende aller MINT-Fächer mit Neugier auf angewandte
Mathematik; Programmierkenntnisse sind hilfreich, aber nicht
notwendig
Die Bedeutung des wissenschaftlichen Rechnens hat in den letzten Jahren kontinuierlich
zugenommen und ist aus Forschung und Lehre nicht mehr wegzudenken. In vielen Dis-
ziplinen sind wissenschaftliches Rechnen und numerische Simulation als ‘dritte Säule’
neben Theorie und praktischem Experiment etabliert. Natürliche Phänomene und tech-
nische Prozesse werden dabei oft durch partielle Differentialgleichungen modelliert. Ihre
mathematische Diskretisierung liefert (nicht-)lineare Gleichungssysteme mit mehreren
Milliarden Unbekannten, die bei zeitabhängigen Prozessen zudem mehrfach gelöst wer-
den. Spätestens wenn zusätzlich beispielsweise eine Optimierung hinzukommt, ist der Re-
chenaufwand beliebig groß. Die notwendige Rechenleistung wird nur von massiv paralle-
len Supercomputern erreicht.
Für das Jahr 2018 werden erste Exascale-Systeme (10
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Operationen pro Sekunde) erwar-
tet. Auf diesen Skalen sind Computersysteme nicht mehr deterministisch: Die Kommuni-
kation zwischen einzelnen ‘Prozessoren’ ist heterogen, eine globale Synchronisation des
Lösungsfortschritts ist nicht mehr möglich, und ein Ausfall einzelner Komponenten ist
bei einer MTBF im Minuten- bis Stundenbereich eher die Regel als die Ausnahme. Eine
wesentliche Herausforderung auf dem Weg zu Exascale besteht daher in der Entwicklung
neuartiger Konzepte zur Erhöhung von Robustheit und Fehlertoleranz sowie zur Kom-
munikationsvermeidung bzw. Entkopplung. Dies betrifft neben der Simulations- und der
Serviceschicht-Software insbesondere die mathematische Methodik.
In der Arbeitsgruppe wollen wir diese Problematiken konstruktiv untersuchen. Ausge-
wählte offene Fragen sollen dabei explizit angesprochen und interdisziplinäre Lösungs-
ideen entwickelt werden.
