Hochperformantes Rechnen

Die Kunst des hochperformanten Rechnens besteht darin die Aufgaben optimal zu verteilen, sodass alle arbeitenden Elemente eines Supercomputers sinnvoll beschäftigt sind. Im Falle der Energiesystemoptimierung ist diese Herausforderung in der Tatsache begründet, dass aktuell erhältliche Optimierungsalgorithmen nur beschränkt oder sogar gar nicht in Arbeitspakete aufteilbar sind.

Innerhalb des METIS Projekts verfolgen wir den Ansatz das Problem zunächst in sinnvolle Zwischenberechnungen aufzuteilen, die danach auf den separierten Recheneinheiten eines Supercomputers möglichst unabhängig abgearbeitet werden können. Mit dieser Methodik möchten wir die einzigartige hochperformante Recheninfrastruktur des Jülicher Supercomputing Centers nutzen und die innovative hochperformante Sueprcomputerarchitektur zugänglich machen. Als Resultat wird zum Einen die Komplexität des gesamten Energiesystemmodells erhöht werden können, während zum Anderen die Zuverlässigkeit und Robustheit der Designlösungen verbessert wird.

Teil dieser Aufgabe ist es die Kommunikation zwischen den Recheneinheiten zu minimieren. Ansätze hierfür befinden sich auf allen Ebenen von der Software bis zur Hardware. Zuletzt ist eine erfolgreiche Zerlegung im Sinne der Ausführung auf einem Supercomputer abhängig von der Regelmäßigkeit der benötigten Kommunikation zwischen den Recheneinheiten. Muss eine Recheneinheit ständig auf eine Nachricht einer anderen Recheneinheit warten, so ist wertvolle Rechenzeit verloren. Dies alles führt zu Beschränkungen in der maximalen simulierbaren Dimension.

Grafik 1: Skizze einer suboptimalen Verteilung von Arbeit auf mehrere Recheneinheiten.

Somit ist es Teil des METIS Projekts die Kommunikation innerhalb eines Lösungsalgorithmus zu verbessern, sodass die Rechenzeit minimiert und die Skalierbarkeit dieses Lösungsalgorithmus maximiert wird.