Strategische Forschungsschwerpunkte
Für die RWTH Aachen stellen die Computational Engineering Sciences (CES), bestehend aus den Ingenieur- und Materialwissenschaften sowie der Physik, Chemie und Informatik, Schwerpunktthemen dar, die sich in Sonderforschungsbereichen und anderen interdisziplinären Aktivitäten dokumentieren.
Die HPC-Infrastruktur und Unterstützungsprojekte an der RWTH werden gebündelt, um ihre individuellen Stärken zu kombinieren und ein HPC-Ökosystem zu schaffen, das Best Practices von HPC und Forschungsdatenmanagement vereint. Dieses umfassende und leisstungsstarke Ökosystem hat sowohl die Breite als auch die Tiefe, um die Entwicklung skalierbarer Algorithmen und Software für die Untersuchung, den Entwurf, die Konstruktion, die Bewertung und die Produktion von ingenieurwissenschaftlichen Anwendungen zu unterstützen. Diese Anwendungen sind von entscheidender Bedeutung für technologische Fortschritte in Wirtschaft und Gesellschaft.
Anwendung und Methodik vereint: SDLs und CSGs
Seit der Gründung von NHR4CES wird die anwendungsorientierte HPC-Forschung in den Simulation and Data Labs (SDLs) sowie den Cross-Sectional Groups (CSGs) durchgeführt. Hier nutzt die RWTH die Expertise der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der RWTH, um die SDLs im Sinne der Spitzenforschung voranzutreiben und in unsere Studiengänge und internationalen Standardisierungsbemühungen zurückfließen zu lassen.
Ein großer Teil der anwendungsorientierten Forschung zielt darauf ab, die Effizienz von Hochleistungsrechnern und deren Anwendungen nachhaltig zu verbessern. Die erzielten Ergebnisse finden direkte Anwendung wie beispielsweise in Serviceeinheiten der Cross-Sectional Group Parallelism and Performance.
Die HPC-Forschung rund um parallele Programmierung und Leistungswerkzeuge wird am Lehrstuhl für High Performance Computing (HPC) / Informatik 12 im Fachbereich Informatik durchgeführt, der eng mit dem IT Center verbunden ist. Die Forschung der HPC-Gruppe umfasst die Leistungs- und Korrektheitsanalyse paralleler Programme sowie die Erforschung von Energieeffizienz, Programmierbarkeit und Gesamtkostenberechnung.
Standardisierung und OpenMP-Entwicklung
Im Kontext der parallelen Programmiermodelle liegt der Fokus beispielsweise in der Weiterentwicklung des Industriestandards OpenMP. Dieser Industriestandard der Parallelprogrammierung wird in zahllosen Anwendungen eingesetzt, um die Leistung moderner Multi- und Many-Core Systeme sowie von Beschleunigern erschließbar zu machen. Seit 2006 ist die RWTH Aachen Mitglied im OpenMP Language Committee, welches den Standard fortlaufend weiterentwickelt, sowie im OpenMP Architektur Review Board, dem Gremium, dem dieser Standard angehört. Wesentliche Beiträge der RWTH Aachen zu OpenMP umfassen die Themen Thread Affinity, Memory Management, Verbesserungen im Tasking sowie die Werkzeugschnittstelle OMPT.
In der Korrektheitsanalyse paralleler Programme wird das Werkzeug MUST zur automatischen Fehleranalyse von MPI-Programm entwickelt und die Entwicklung von ThreadSanitizer zur Korrektheitsanalyse von Thread-parallelen Programmen verbessert. Ebenso werden parallele Programme auf mögliche Fehler wie Race Conditions und Deadlock oder die fehlerhafte Verwendung des Standards untersucht und das Ergebnis dem Nutzenden anschaulich präsentiert. Dabei ist es möglich, auch hybrid-parallele Programme zu analysieren.
Ferner werden Ansätze zur Bewertung und Verbesserung der Produktivität in der Benutzung und Programmierung von HPC-Systemen untersucht. Dabei wird insbesondere der Aspekt der Gesamtkostenoptimierung betrachtet und die Benchmarks der Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) weiterentwickelt.
Diese Forschung wird im Wesentlichen durch Drittmittel der EU, des BMBF und der DFG gefördert. Die Ergebnisse fließen kontinuierlich in die Verbesserung des Betriebs und der Effizienz der HPC-Systeme am IT Center der RWTH Aachen University ein.