Projekt

High-Performance Computing; Computational Science

Lead
Exascale-Simulation von Hochleistungsstählen
Lay summary
Bei der Reduktion von CO2-Emissionen im Automobilbau unter gleichzeitiger Verbesserung der Crashsicherheit spielen Hochleistungsstähle eine bedeutende Rolle. Die Eigenschaften moderner Hochleistungsstähle mit einer höheren Festigkeit und einer besseren Duktilität in Kombination mit einem geringeren Gewicht werden durch das komplexe Zusammenspiel der einzelnen Komponenten auf der Mikroskala bestimmt. Das Materialverhalten für realistische und anspruchsvolle Ingenieuranwendungen auf mehreren Skalen in 3D zu simulieren, erfordert eine Rechnerkapazität, wie sie erst durch Exascale-Computer zur Verfügung stehen wird. Die entsprechenden Algorithmen müssen speziell für den effizienten Einsatz auf den zu erwartenden, zukünftigen Hardwarekonfigurationen entworfen werden. Dazu soll ein direkter Multiskalenansatz mit neuen hocheffizienten, parallelen Löseralgorithmen (Gebietszerlegung, Mehrgitter) kombiniert werden. Ein umfassender Performance-Engineering-Ansatz soll eine systematische Optimierung und Parallelisierung über alle Softwareebenen sicherstellen. Im Konsortium EXASTEEL-II im DFG-Schwerpunktprogramm SPPEXA haben sich Arbeitsgruppen aus den Bereichen Mechanik (J. Schröder, D. Balzani, Universität Duisburg-Essen), Numerische Mathematik / Wissenschaftliches Rechnen (A. Klawonn, Universität zu Köln; O. Rheinbach, TU Freiberg), Informatik (G. Wellein, Universität Erlangen-Nürnberg, O. Schenk, USI Lugano) zusammengefunden, um in drei Projektjahren solche Algorithmen und eine entsprechende Softwareumgebung zu entwickeln.

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Letzte Aktualisierung: 31.10.2015

The computational simulation of advanced high strength steels, incorporating phase transformation phenomena at the microscale, on the future supercomputers developed for exascale computing is considered in this project. To accomplish this goal, new ultra-scalable, robust algorithms and solvers have to be developed and incorporated into a new application software for the simulation of this three dimensional multiscale material science problem. Such algorithms must specifically be designed to allow the efficient use of the hardware. Here, a direct multiscale approach (FE2) will be combined with new, highly efficient, parallel solver algorithms. For the latter algorithms, a hybrid algorithmic approach will be taken, combining nonoverlapping parallel domain decomposition (FETI) methods with efficient, parallel multigrid preconditioners. A comprehensive performance engineering approach will be implemented to ensure a systematic optimization and parallelization process across all software layers. The envisioned scale-bridging will still require a computational power which will only be obtainable when exascale computing becomes available.