Forschungsprojekte

EDIH - European Digital Innovation Hub

Projektlaufzeit: ab Oktober 2022 
Förderung: Europäische Union, Ministerium für Wirtschaft, Industrie und Energie des Landes NRW, Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

Der „European Digital Innovation Hub“ (EDIH) ist eine Europäische Initiative um die Innovationsfähigkeit von kleinen und Mittelständischen Unternehmen zu fördern. Hierbei werden die Unternehmen geziehlt von den Partnern in den Bereichen Digitalisierung, Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz sowie High-Performance Computing (HPC) unterstützt. Für den Bereich HPC bietet das IT Center in enger Zusammenarbeit mit dem Aerodynamischen Institut (AIA) und dem Lehrstuhl für die Analyse Technischer Systeme (CATS) Beratung und Schulungen rund um den Themenbereich der Parallelel Programmierung und Wissenschaftlichen Simulation an, um die Unternehmen in die Lage zu versetzen High-Performance Computing initial einzusetzen oder bestehende Entwicklungen in dem Bereich zu effizienter und wirtschaftlicher zu gestalten. Weitere Informationen sind auf der Projektwebseite zu finden. 

EE-HPC - Energieeffizientes High Performance Computing

Projektlaufzeit: Oktober 2022 - August 2025
Förderung: BMBF Green HPC 

Das EE-HPC-Projekt zielt darauf ab, die Energieeffizienz von HPC-Systemen durch automatische Systemparameter-Regulierung zu verbessern. Das Projekt ist ein gemeinsames Projekt zweier renommierter Institutionen: des Deutschen Klimarechenzentrums DKRZ) und des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS). Durch die Nutzung des Fachwissens der anderen Partner wie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Hewlett Packard Enterprise (HPE) und des IT Centers der RWTH Aachen ist das EE-HPC-Projekt führend bei der Förderung der Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz von HPC-Rechenzentren.

Gemeinsam mit dem HLRS entwickelt das IT Center eine Softwarebibliothek für feingranulare Energieoptimierung in parallelen MPI- und OpenMP-Bereichen. Das Cluster Cockpit, eine Echtzeit-Überwachungs- und Verwaltungssoftware, ermöglicht wertvolle Einblicke in den Stromverbrauch und die Auslastung der HPC-Umgebung. Das IT Center ist maßgeblich an der Schnittstellenentwicklung beteiligt und integriert energieeffiziente Praktiken in seinen Betrieb, um nachhaltiges Computing zu fördern. Als Testanwendung dient die ICON-Applikation für Wettermodell-Simulationen. Gemeinsam streben die Partner eine Ära des umweltbewussten Computings an, um wissenschaftliche Forschung und komplexe Rechenherausforderungen nachhaltig zu bewältigen.
Weitere Informationen sind auf der Projektwebseite verfügbar.

ENSIMA - Energie-effizientes HPC durch optimierte Simulationsmethoden

Projektlaufzeit: Oktober 2022 - September 2025
Förderung: BMBF Green HPC

Das Projekt „Energieoptimierte Simulationsmethoden für anwendungsorientierte Rechenprobleme“ – kurz „ENSIMA“– ist eins der neun Drittmittel-Projekte des BMBF-Programms für „Energieeffizientes HPC (GreenHPC)“. Das Projekt ist am 1. Oktober 2022 gestartet und wird für drei Jahre gefördert. Neben der RWTH Aachen als Verbundkoordinator, agieren als Projektpartner die TU Darmstadt, das Forschungszentrum Jülich, die Gesellschaft für numerische Simulation mbH sowie die GNS Systems GmbH, die SIMCON kunststofftechnische Software GmbH und Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt. Insgesamt bringt das Projekt also Partner aus der akademischen Welt und Industrie zusammen.

Das grundlegende Ziel des Projektes ist es KI-Methoden einzusetzen, um die Auswahl von Entwurfsparametern in Produktionsprozessen zu verbessern und die Ausführungszeit von Simulationsprozessen durch approximatives und heterogenes Rechnen zu beschleunigen. Durch innovative Lösungen soll die Anzahl an notwendigen Finite-Elemente-Simulationen reduziert werden, welche für viele Probleme aus den Ingenieurwissenschaften genutzt werden, wie zum Beispiel für Crash-Simulationen. Die Projektpartner wollen für den Anwendungsfall von Blechumformung in der Automobilindustrie die Rechenzeit um 50 Prozent reduzieren, was zu einer Verringerung des Stahleinsatzes um 15 Prozent und damit indirekt zu einer Verringerung sowohl der fertigungsbedingten Emissionen als auch des Energiebedarfs für die Fahrzeugproduktion führen soll.
Weitere Informationen sind auf der Projektwebseite zu finden. 

H2M – Exploiting Heterogeneous Shared Memory Architectures

Im DFG-geförderten Projekt „Heuristics for Heterogeneous Memory“ (H2M) entwickeln die RWTH Aachen University und der französische Projektpartner Inria gemeinsam eine Unterstützung neuer Speichertechnologien wie z.B. High Bandwidth Memory (HBM) und Non Volatile Memory (NVRAM). Diese Technologien werden zunehmend neben dem herkömmlichen Dynamic Random Access Memory (DRAM) in HPC-Systemen eingesetzt. HBM bietet eine höhere Bandbreite, aber eine geringere Größe als DRAM. NVM bietet größere Kapazitäten, ist jedoch langsamer als DRAM. Angesichts dieser Unterschiede stellt sich die Frage, wie Systeme mit heterogenem Speicher effizient genutzt werden können und wo Daten gespeichert werden sollten. Weitere Informationen finden Sie auf der  Projektwebseite  (en).

HPC.NRW

Laufzeit: April 2019 - Dezember 2024
Förderung:  Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen

HPC.NRW ist ein Kompetenznetzwerk mit einem breiten Angebot sowohl unterschiedlicher HPC-Infrastrukturen als auch thematischer Cluster für niederschwellige Ausbildungs-, Beratungs- und Coaching-Angebote. Ziel ist, die Hochleistungsrechnen- und Speicheranlagen effektiv und effizient zu nutzen und insbesondere frisch graduierte und promovierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu unterstützen. Zwischen den Standorten des Kompetenznetzwerks findet ein intensiver Austausch zu den Themen Service- und Support-Angebote für die HPC-Nutzenden in NRW, Software und Betrieb sowie HPC-Nutzung statt. Mehr Informationen findet Sie auf der Projektseite. 

HPC-Softwarewerkzeuge für Debugging und Korrektheitsanalyse

In langjähriger Kooperation mit unterschiedlichen amerikanischen Forschungseinrichtungen (ANL, LLNL, SNL, LANL, GA Tech und ORNL) wird die Entwicklung von Korrektheitsanalysewerkzeugen und Debuggingtechniken vorangetrieben.

Das dynamische MPI-Korrektheitsanalysewerkzeug MUST wird seit etwa 2010 entwickelt. Im Rahmen der Kooperation wurde das Werkzeug erweitert, um neue MPI-Funktionalität zu integrieren, aber auch um anwendergetriebene Anwendungsfälle besser zu unterstützen. Seit 2014 befindet sich das Werkzeug Archer in der Entwicklung, welches Data Races in OpenMP-Anwendungen erkennt. Im Rahmen der Kooperation wurde das Werkzeug erweitert, um neue OpenMP-Funktionalität abzudecken, aber auch um neue Analysetechniken zu integrieren. Seit 2020 ist das Werkzeug in das LLVM Project integriert. Die Kooperation ermöglicht es, die beiden Werkzeuge produktionsreif zu halten, sodass sie der HPC-Gemeinde bei der (Weiter-)Entwicklung und Parallelisierung von HPC-Anwendungen zur Verfügung stehen.

Zur besseren Unterstützung des Debuggings von hochparallelen HPC Anwendungen erarbeiten wir im Rahmen der Kooperation neue Debuggingtechniken mit dem Ziel den Debuggingsupport für OpenMP und MPI Anwendungen zu verbessern. Wesentliche Beiträge zur Implementierung des OpenMP Debugging Interfaces (OMPD) in LLVM sind aus dieser Kooperation hervorgegangen.

Ein weiterer Aspekt ist die Erkennung von Fehlern in OpenMP-Anwendungen im Umgang mit Hardwarebeschleunigern wie Grafikkarten. Im Rahmen der Kooperation werden verschiedene Techniken zur Erkennung solcher Fehler untersucht. Daraus sind prototypische Werkzeuge wie Arbalest und TSan-SPD3 entstanden.

IT-ZAUBER - Digital Twins für energieeffizente Rechenzentren

Projektlaufzeit: September 2022 - August 2025
Förderung: BMBF Green HPC 

In dem aktuellen BMBF-Projekt IT-ZAUBER entwickeln die RWTH Aachen, die TU Dresden und die ROM-Technik GmbH & Co. KG gemeinsam mit den assoziierten Partnern Sachsen Energie AG und ICT Facilities GmbH einen digitalen Zwilling als ein digitales Abbild des Rechenzentrums, das dessen Eigenschaften, Zustand und Verhalten durch Modelle, Informationen und Daten erfasst. Die Einsatzmöglichkeiten als digitales Werkzeug für die Planung und den Betrieb von Rechenzentren sollen beispielhaft an den beiden HPC-Zentren der RWTH und der TUD, demonstriert und evaluiert werden. Der digitale Zwilling kennt dabei sowohl den Zustand und das Verhalten der IT-Infrastruktur als auch das Kühlsystem und dessen Integration in die weiteren Versorgungsstrukturen kennt und für Zustandsbewertungen und Sollwertermittlungen nutzt und damit über den Stand aktueller Betriebskonzepte weit hinausgeht. Das Projekt wird als eines der neun Verbundforschungsprojekte auf dem Gebiet des energieeffizienten HPC (GreenHPC) mit einer dreijährigen Finanzierung durch das BMBF gefördert (FKZ 16ME0614).

NHR4CES

Im NHR4CES (National High Performance Computing Center for Computational Engineering Science) bündeln die RWTH Aachen und die Technische Universität Darmstadt ihre Stärken bei HPC-Anwendungen, Algorithmen und Methoden sowie dem effizienten Einsatz von HPC-Hardware. Ziel ist es, ein Ökosystem zu schaffen, das Best Practices des HPC und des Forschungsdatenmanagements kombiniert, um Fragestellungen zu bearbeiten, die von zentraler Bedeutung für technische Entwicklungen in Wirtschaft und Gesellschaft sind. Mehr Informationen finden Sie auf der Projektwebseite. 

Research on AI- and Simulation-Based Engineering at Exascale (RAISE)

Projektlaufzeit: Juni 2022 - Mai 2024
Förderung: EU’s Horizon 2020
 

Das Forschungsprojekt RAISE ist ein Kompetenzzentrum im Exascale Computing, welches von der Europäischen Kommission innerhalb des Rahmenprogramms Horizon 2020 gefördert wird. Forschungsschwerpunkt ist der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) in simulationsbasierten Ingenieursanwendungen auf Exascalesystemen. Das Konsortium besteht aus insgesamt 13 Partnern aus Industrie und Forschung. Anhand verschiedener Anwendungsfälle aus unterschiedlichen Bereichen wird gemeinsam an der Konvergenz von traditionellen HPC Anwendungen und innovativen Techniken der künstlichen Intelligenz gearbeitet. Diese Anwendungsfälle umfassen sowohl berechnungsgetriebene Applikationen (zum Beispiel KI für turbulente Grenzschichten) als auch datengetriebene Applikationen (zum Beispiel Rekonstruktion und Klassifizierung von Ereignissen des Large Hadron Colliders am CERN). Aus den mit diesen Applikationen erzielten Ergebnissen wird ein einzigartiges KI-Framework entwickelt, welches die trainierten Modelle und Dokumentation, wie die entwickelten Methoden auf aktuellen Petaflop- und zukünftigen Exaflop-HPC Systemen eingesetzt werden können, umfasst.
Mehr Informationen finden Sie auf der Projektwebseite. 

targetDART - Dynamisch adaptive und reaktive Verteilung von Rechenaufgaben auf heterogenen Exascale-Architekturen

Projektlaufzeit: Oktober 2022 - September 2025
Förderung: BMBF SCALEXA

Im BMBF-Projekt targetDART erarbeiten die Technische Universität München (TUM), das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) und die RWTH Aachen University, vertreten durch das IT Center, einen Task-basierten Ansatz für hochskalierbare Simulationssoftware, der auf heterogenen Exascale-Systemen unvorhersagbare Lastungleichgewichte mittels dynamisch adaptiver und reaktiver Verteilung von Rechenaufgaben zwischen den Rechenknoten ausgleicht. 

Das bereits abgeschlossene BMBF-Projekt Chameleon dient als Grundlage für targetDART und liefert wertvolle Erkenntnisse und Ergebnisse zur dynamischen Task-Migration von Aufgaben zwischen den Knoten auf der Grundlage einer Bibliothek/API.

Das Projekt nutzt das OpenMP-Zielkonstrukt für die GPU-Nutzung und MPI, insbesondere den neuen Standard 4.0, für die effiziente Kommunikation zwischen Knoten. Der Migrationsansatz, insbesondere für GPUs, wird weiter erforscht und präzisiert.

Das Projekt wird seinen Ansatz auch auf SeisSol, einen dynamischen Erdbeben- und seismischen Wellensimulator, und ExaHyPE, einen Löser für hyperbolische partielle Differentialgleichungen, anwenden und umfassend testen sowie evaluieren. Das IT Center, konzentriert sich auf OpenMP, Zielkonstrukte und CPU-GPU-Migration, während die HLRS die Optimierung von MPI und Knotenmigration in den Vordergrund stellt. Der Schwerpunkt der TUM liegt auf der Optimierung der beiden Anwendungen. Durch Erweiterung der HPC-Standards MPI und OpenMP können auch andere Exascale-Anwendungen über targetDART hinaus von den Ergebnissen profitieren. Somit können die Projektergebnisse eine hohe Breitenwirksamkeit erzielen.
Weitere Informationen finden Sie auf der Projektwebseite.

Virtual Institute - High Productivity Supercomputing

Finanziert durch die Helmholtz Gesellschaft zielt das Virtual Institute - High Productivity Supercomputing (VI-HPS) auf die qualitative Verbesserung und die Beschleunigung des Entwicklungsprozesses von komplexen Simulationsprogrammen in Technik und Wissenschaften, die auf die innovativsten Parallelrechnersysteme zugeschnitten sind. Das IT Center der RWTH Aachen ist auf die Verbesserung der Nutzbarkeit der State-of-the-Art Programmierhilfsmittel für das Hochleistungsrechnen fokussiert, die von den Partnerinstitutionen entwickelt werden. Weitere Informationen finden Sie auf der Projektwebseite.