BMBF-Projekt ?HighPerMeshes“ der Universit?t Paderborn geht an den Start
Die L?sung partieller Differentialgleichungen mit Computerhilfe wird heute in zahlreichen Bereichen der Wissenschaft eingesetzt, um das Verhalten komplexer Systeme vorherzusagen. Besonders in den Natur- und Lebenswissenschaften werden dabei h?ufig Objekte mit unterschiedlichen Materialien und Formen simuliert. Ein Beispiel dafür ist die Vorhersage von Verschlei?erscheinungen im menschlichen Kniegelenk, wo Knochen, Knorpel, Muskeln und B?nder miteinander interagieren. Bei dem Projekt ?HighPerMeshes“, das vom Paderborn Center for Parallel Computing (PC2) der Universit?t Paderborn geleitet wird, sollen nun moderne Simulationsmethoden und die entsprechende Software entwickelt werden, um solche Prozesse untersuchen zu k?nnen. So sollen künftig auch Simulationen auf Hochleistungsrechnern m?glichst schnell und effizient ausführbar sein. Das Vorhaben hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird mit rund 1,6 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gef?rdert.
?Meistens werden derartige organisch geformte Objekte zur Simulation durch Würfel angen?hert – ?hnlich wie in einer Lego-Welt. Die Techniken zur Simulation solcher Modelle sind gut erforscht und werden oft eingesetzt. Die Computersimulation komplexer Formen ben?tigt allerdings au?ergew?hnlich viel Rechenzeit, da zur akkuraten Darstellung der Formen eine sehr gro?e Menge winziger Würfel ben?tigt wird, deren Verhalten und Interaktionen individuell berechnet werden müssen“, erkl?rt Projektkoordinator Prof. Dr. Christian Plessl, Professor für Hochleistungs-IT-Systeme und Leiter des PC2.
Neuere Simulationsverfahren erlauben es, statt Würfel freie, problemangepasste Formen mit planen Oberfl?chen zu verwenden. Dadurch lie?en sich filigrane Strukturen wesentlich besser darstellen und die Simulationszeit durch die Reduktion der simulierten Objekte betr?chtlich verringern. Die Programmierung der entsprechenden Software sei insbesondere für moderne Computerarchitekturen wesentlich schwieriger, so der Experte. Daher k?men diese effizienteren Methoden noch nicht fl?chendeckend zum Einsatz.
?HighPerMeshes“ soll diese die Hürde zum Einsatz der modernen Simulationsmethoden nun reduzieren: ?Unser Ziel ist es, die Entwicklung von Simulationssoftware, die problemangepasste geometrische Strukturen nutzt, drastisch zu vereinfachen. Dabei werden wir existierende Programmiersprachen um passende Ausdrucksm?glichkeiten erweitern und Softwareentwicklungswerkzeuge bereitstellen, mit der die Simulationen auf modernsten Hochleistungsrechnern effizient ausgeführt werden k?nnen. Wir legen besonderes Augenmerk auf die Nutzung neuartiger Computerprozessor-Typen, die eine hohe Ausführungsgeschwindigkeit mit niedrigem Stromverbrauch kombinieren“, so Plessl.
Neben der Universit?t Paderborn sind das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern, die Friedrich-Alexander-Universit?t Erlangen-Nürnberg und das Zuse-Institut Berlin am Projekt beteiligt. Darüber hinaus wird das Konsortium durch die Firmen Computer Simulation Technology und Intel unterstützt, die ihre Expertise als assoziierte Projektpartner einbringen. Durch das interdisziplin?re Konsortium wird der komplette Prozess, ausgehend von den wissenschaftlichen Anwendungen über die Simulationscodeentwicklung bis zu den Rechenzentren, in denen die Simulationen durchgeführt werden, betrachtet. Als Leitanwendungen zur Bewertung der Projektresultate werden die Kontraktion des Herzmuskels, die Entwicklung von Arthritis im Kniegelenk, photonische Nanoantennen und die Streuung von Licht an interplanetarem Staub betrachtet.
Weitere Informationen zum Projekt sind im Internet verfügbar: www.highpermeshes.info
