Benutzerfreundlichkeit und Nachhaltigkeit für die tmLQCD Software-Suite

• Antragsteller: Dr. Bartosz Kostrzewa
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528533525

Die Gitterchromodynamik ist die einzige, systematisch verbesserbare Ab-initio-Methode zur Untersuchung der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien. Dafür stützt sie sich auf komplexe Software-Frameworks und verbraucht einen substantiellen Teil der verfügbaren Rechenzeit auf den größten Supercomputern der Welt. Die tmLQCD-Software-Suite ist der Hauptproduktionscode zweier Gitter-QCD-Kollaborationen: Extended Twisted Mass Collaboration (ETMC) und Twisted Wilson @ EXTreme conditions (TWEXT). tmLQCD wird zur Generierung von sogenannten Ensembles von Eichkonfigurationen genutzt, welche die Basis für die gesamten weiteren Forschungsaktivitäten bilden. In diesem Projekt schlagen wir substantielle Verbesserungen in der Benutzerfreundlichkeit, des Forschungspotentials und der Qualitätssicherung von tmLQCD vor, welche auch dazu beitragen sollen, weitere Entwicklungen zu motivieren und tmLQCD über die Grenzen der ETMC- und TWEXT-Kollaborationen hinaus zu öffnen. Um es der breiteren Community zu ermöglichen, die von tmLQCD gebotenen bibliotheksbasierten Algorithmen sowie die Unterstützung für hochmoderne CPU-basierte und GPU-beschleunigte Supercomputer zu nutzen, möchten wir die verfügbare Dokumentation signifikant verbessern und dafür auch eine große Anzahl von Beispiel-Eingabedateien für verschiedene physikalische Situationen, Algorithmen und Maschinen bereitstellen und pflegen. Des Weiteren schlagen wir eine eine gründliche Bereinigung des tmLQCD-Quellcodes vor, sowie wesentliche Erweiterungen der Continuous-Integration-Pipeline und die Bereitstellung und Pflege von Build-Rezepten für die wichtigsten Supercomputer in Europa und darüber hinaus, wodurch es potentiellen neuen Benutzern erleichtert wird, tmLQCD ohne fachkundige Anleitung einzusetzen. Zusätzlich zu einer verbesserten Testumgebung, möchten wir die Metadaten erweitern, die tmLQCD in Ausgabe- und Protokolldateien schreibt und damit die Herkunftsverfolgung im Sinne der FAIR-Prinzipien verbessern sowie die Fehlerdiagnose und -behebung unterstützen. Des Weiteren schlagen vor, den Zufallszahlengenerator in tmLQCD mit dem Ziel besserer Reproduzierbarkeit zu modifizieren, damit Berechnungen im Falle von Unregelmäßigkeiten leichter zu überprüfen sind. Um den Austausch von Eichkonfigurationen mit der gesamten Community aufrechtzuerhalten und zu verbessern, wird tmLQCD an alle Weiterentwicklungen angepasst, die sich aus der jüngst wieder aufgenommenen Arbeit am International Lattice Data Grid ergeben. Um neue Entwicklungsbeteiligungen zu ermutigen, entwickeln wir einen Leitfaden für Mitwirkende, überarbeiten das Build-System von Grund auf und werden durch die Unterstützung des Research Software Engineers aus dem Projekt den Entwicklungsfluss auf github substantiell verbessern. Schlussendlich soll die Bedeutung dieser Softwareentwicklungsarbeit durch Vorstellung auf Konferenzen und Workshops zu Supercomputing und Gitterchromodynamik hervorgehoben werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, Zypern
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Stefan Krieg; Professor Dr. Carsten Urbach
• Kooperationspartner: Dr. Simone Bacchio; Dr. Francesco Sanfilippo