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HICFD – Hocheffiziente Implementierung von CFD-Codes für HPC-Many-Core-Architekturen



Projektbeschreibung

TAU: Berechnung von Außenströmungen
TRACE: Simulation von Innenströmungen

Das Forschungsprojekt HICFD ist ein Verbundprojekt des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Programms "IKT 2020 - Forschung und Innovation". Das Forschungsprojekt hat zum Ziel, neue Methoden und Werkzeuge zur Analyse und Optimierung des Leistungsvermögens strömungsmechanischer, paralleler Programme auf Hoch­leistungsrechnern mit Mehrkernprozessoren (HPC-Many-Core-Architekturen) zu entwickeln und diese exemplarisch auf die im DLR entwickelten strömungs­mechanischen Codes TAU (Berechnung von Außenströmungen) und TRACE (Simulation von Innenströmungen) anzuwenden.

In den einzelnen Arbeitspaketen des Projekts wird untersucht, wie die Performance paralleler strömungsmechanischer Programme durch eine optimale Ausnutzung aller Parallelitätsebenen gesteigert werden kann. Auf der obersten, mit MPI (Message Passing Interface) parallelisierten Ebene ist eine intelligente Gitteraufteilung zur Verbesserung des Lastausgleichs zwischen den MPI-Prozessen vielversprechend. Für blockstrukturierte Gitter, die in TRACE verwendet werden, wird hierzu ein Many-Core-kompatibles Partitionierungswerkzeug entwickelt.

Ferner werden auf der Ebene der Many-Core-Architektur für die beiden Strömungslö­ser TAU und TRACE hochskalierende, hybride OpenMP/MPI-Verfahren (OpenMP: Open Multi-Processing, Standard zur Shared-Memory-Programmierung) implementiert. Im blockstrukturierten Strömungscode TRACE muss das iterative Verfahren zur Lösung linearer Gleichungssysteme u. a. durch geeignete Vorkonditionierung für Many-Core-Architekturen optimiert werden. Für den auf unstrukturierten Netzen arbeitenden Strömungslöser TAU wird untersucht, ob sich die parallele Effizienz des verwendeten Mehrgitterverfahrens steigern lässt.

Auf Prozessorkern-Ebene wird ein Präprozessor entwickelt, der die komfortable Nutzung paralleler SIMD-Einheiten (Single Instruction Multiple Data) auch für komplexe Anwendungen ermöglicht. Zur detaillierten Leistungsuntersuchung von SIMD-Operationen werden die Tracing-Fähigkeiten der Performance-Analyse-Suite Vampir weiterentwickelt.

Projektübergreifend wird ein Best-Practice-Report erstellt, der die Themengebiete "Hybride Parallelisierung" und "SIMD-Nutzung" behandelt. Dieser fasst die Erfahrungen aus dem HICFD-Projekt zusammen und dient als Anleitung, wie Si­mulationscodes auch aus anderen Disziplinen als der Strömungsmechanik für die effiziente Ausführung auf Many-Core-Architekturen optimiert werden können.

Projektpartner

  • DLR, Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
  • DLR, Institut für Antriebstechnik
  • DLR, Simulations- und Softwaretechnik
  • T-Systems Solutions for Research GmbH
  • TU Dresden, Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen
  • Airbus Deutschland GmbH, Aerodynamic Tools and Simulation
  • IBM Deutschland GmbH
  • MTU Aero Engines GmbH

Laufzeit

01.01.2009 - 31.12.2011


Kontakt
Dr.-Ing. Achim Basermann
Abteilungsleitung

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Softwaretechnologie
, High-Performance Computing
Köln

Tel.: +49 2203 601-3326

Fax: +49 2203 601-3070

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