ExaFSA - Exascale Simulation von Fluid-Struktur-Akustik Wechselwirkungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sabine Roller; Professorin Dr. Miriam Schulte; Dr.-Ing. Dörte C. Sternel; Professor Dr. Alexander van Zuijlen
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Informatik ; Akustik ; Mechanik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230798225

Mehrphysiksimulationen sind weiter ein sehr relevanter, wenn nicht gar der relevanteste Simulationstyp, da Genauigkeitsanforderungen die Berücksichtigung von immer mehr physikalischen Effekten in den zugrundeliegenden Modellen erfordern. In vielen Fällen sind Fragen nach optimalen Modellen und Lösern noch offen. Daher sind modulare Simulationsumgebungen erforderlich, die ein schnelles Hinzufügen oder Ersetzen existierender unabhängiger Löser für die einzelnen Effekte ermöglichen. Da die erwähnten Genauigkeitsanforderungen nur mit sehr hohen Gitterauflösungen erreicht werden, ist die Nutzung aktueller massiv paralleler Hochleistungsrecher zwingend erforderlich. Die schnelle Zunahme des Parallelitätsgrades dieser Systeme stellt jedoch beträchtliche Herausforderungen, nicht nur, aber vor allem an eine Simulationsumgebung, die aus mehreren unabhängigen Codes besteht.Einige der entsprechenen offenen Fragen sind bereits in der ersten Förderphase für unsere Anwendung, Fluid-Struktur-Akustik-Wechselwirkungen, beantwortet worden: Wir haben eine Umgebung für die voll gekoppelte Drei-Feld-Simulation implementiert, in der neue, parallele und skalierbare numerische Kopplungsmethoden , verbesserte Datenabbildungs- und Adaptivitätsstrategien (zur Herstellung der Blance zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand im akustischen Fluid im Nahfeld und im reinen Akustiklöser im Fernfeld), statische Lastbalancierung über alle involvierten Löser, und eine neue, effizientere Kommunikation zwischen den Lösern an allen Schnittstellen realisiert wurden. Zusätzlich ist eine effiziente in-situ Visualisierung Teil unserer Simulationsumgebung, in der Ergebnisse in intuitiv interpretierbare Bilder umgesetzt werden. Dabei werden Lücken in der Lastbalancierung der gesamten Simulation genutzt, um den Visulaisierungsoverhead zu minimieren.In der zweiten Förderphase ändert sich der Fokus leicht vom Lösen von Problemen für die unterschiedlichen Formen der Kopplung hin zum Gesamtbild einer Fluid-Struktur-Akustik Simulationsumgebung. Nachdem viele Fragen zu für die parallele Ausführung geeignete numerische Kopplungsschemata bereits in der ersten Förderphase beantwortet wurden, heißt dies insbesondere, dass unsere Arbeiten im Bereich der algorithmischen und technischen Optimierung verstärkt werden. Außerdem bedeutet die Betrachtung des Gesamtbilds von Fluid-Struktur-Akustik-Wechselwirkungen auch, dass unsere Methoden für weitere Szenarien zu validieren sind. Das schließt auch die Visualisierung ein, die in Richtung der Beantwortung spezifischer Anwendungsfragen weiterentwickelt werden soll, nachdem das grundsätzliche Problem der Integration der in-situ Visualisierung in die Simulationsumgebung gelöst ist. Da Fluid-Struktur-Akustik-Wechselwirkungen viele typische Anforderungen von Mehrphysiksimulationen in sich vereinen, werden viele der in diesem Projekt entwickelten Methoden und Werkzeuge auch für andere modulare Mehrphysiksimulationen anwendbar sein.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1648: Software für Exascale Computing
• Internationaler Bezug: Japan, Niederlande
• Partnerorganisation: Japan Science and Technology Agency; JST
• Kooperationspartner: Hiroyuki Takizawa, Ph.D.