Abgeschlossene Projekte

Projektlaufzeit: Januar 2017 – Juni 2020
Förderung: DFG Performance Engineering for Scientific Software

Ziel des ProPE-Projekts war die Entwicklung einer Blaupause für eine nachhaltige, strukturierte und prozessorientierte Service-Infrastruktur im Bereich Performance Engineering (PE) von Anwendungscodes im Hochleistungsrechnen mit Fokus auf deutsche Tier-2 und Tier-3 HPC-Zentren. Damit sollte es Anwendungswissenschaftlerinnen und ‑wissenschaftlern ermöglicht werden HPC-Systeme mit nachweislich optimaler Hardware-Ressourcenauslastung zu nutzen und so IT-bezogene Kosten zu senken. Hierzu haben die HPC-Zentren in Aachen, Erlangen und Dresden gemeinsam Prozesse, Methoden und Werkzeuge evaluiert, entwickelt und implementiert.

Im IT Center Blog wurde mehrfach über das Projekt und die von Aachen koordinierten ProPE-Initiativen berichtet: Zum Einen wurde über den überregionale Support für HPC-Nutzende informiert, der es ermöglicht Anfragen von HPC-Nutzenden strukturiert und nach Expertise zentrumsübergreifend zu beantworten. Des Weiteren wurde die Idee und Umsetzung des in ProPE entstandenen HPC-Wikis erläutert. Zusätzlich wurde im Rahmen des Projekts an allen Zentren ein HPC-Performance-Monitoring-System aufgesetzt. Das automatische Monitoring am IT Center zeigt beispielsweise die Flop/s und Speicherbandbreite eines Rechenknotens und ermöglicht so eine niederschwellig Analyse der Performancedaten aller HPC-Jobs. Seit August 2023 stehen diese Daten nicht nur den HPC-Expertinnen und ‑Experten des IT Centers zur Verfügung sondern können von allen HPC-Nutzenden selbst eingesehen werden. Infos dazu gibt es auf den IT Center Help.

Die Erfahrungen aus dem ProPE-Projekt wurden in einem Whitepaper veröffentlicht, das gleichzeitig als Blaupause für den Wissenschaftsrat für eine deutschlandweiten Einsatz dient. Ebenso berichtete das IT Center in seinem Jahresbericht von 2021-22 über die Projekt-Ergebnisse und ihre weitere Anwendbarkeit.

Die Bull Deutschland GmbH und das IT Center erforschen gemeinsam die Optimierung von HPC-Standardanwendungen (zum Beispiel OpenFOAM) für hybride Cluster-Architekturen. Zudem sollen Wege für eine energieffizientere Nutzung von Hochleistungsrechnern ermittelt werden. Neben Ansätzen wie eine anwendungsabhängige Steuerung der CPU Frequenz stehen auch Optimierungen auf Anwendungsebene im Fokus der Untersuchungen. 

Das IT Center unterstützt aktiv die Gestaltung der Digitalisierungsprozesse der Hochschule. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich das IT Center schon seit einiger Zeit mit dem Thema "Cloud" im universitären Umfeld an der RWTH. mehr

Urheberrecht: ;© JARA-HPC

Durch die Intensivierung der Landwirtschaft werden vielfach artenreiche Lebensräume zerstört. In Mitteleuropa gehören extensiv genutzte Wiesen und Weiden zu den artenreichsten Lebensräumen und spielen damit eine wichtige Rolle zum Erhalt der Biodiversität. Nur durch ein gezieltes Management können solche wertvollen Flächen erhalten werden.
Das GraS-Modell (Grasland-Sukzessions-Modell) wurde am Beispiel des Nationalparks Eifel als Entscheidungshilfesystem für ein solches Management entwickelt. Dieses dynamische, prozessorientierte, räumlich-explizite (rasterbasierte) Simulationsmodell, kann die Entwicklung von Offenlandflächen unter verschiedenen Managementszenarien über 100 Jahre vorhersagen.

Durch die Intensivierung der Landwirtschaft werden vielfach artenreiche Lebensräume zerstört. In Mitteleuropa gehören extensiv genutzte Wiesen und Weiden zu den artenreichsten Lebensräumen und spielen damit eine wichtige Rolle zum Erhalt der Biodiversität. Nur durch ein gezieltes Management können solche wertvollen Flächen erhalten werden.
Das GraS-Modell (Grasland-Sukzessions-Modell) wurde am Beispiel des Nationalparks Eifel als Entscheidungshilfesystem für ein solches Management entwickelt. Dieses dynamische, prozessorientierte, räumlich-explizite (rasterbasierte) Simulationsmodell, kann die Entwicklung von Offenlandflächen unter verschiedenen Managementszenarien über 100 Jahre vorhersagen.

Kooperation zwischen dem High Performance Computing Virtual Laboratory in Kingston, Ontario, Canada (HPCVL) und dem IT Center der RWTH Aachen
 

Aus der langjährigen Partnerschaft im Rahmen des Center of Excellence Programmes der Firma Sun Microsystems soll eine engere Zusammenarbeit zwischen dem HPCVL und dem IT Center der RWTH Aachen erwachsen. Eine Kooperationsvereinbarung schafft den Rahmen zum Austausch von Erfahrungen und zur gemeinsamen Forschung in Sachen Hochleistungsrechnen. Das HPCVL ist ein gemeinsames Hochleistungsrechenzentrum von fünf Universtitäten und zwei Colleges in der Provinz Ontario, Kanada. Das IT Center ist der zentrale IT-Provider der RWTH Aachen mit Schwerpunkten in den Gebieten Hochleistungsrechnen und Virtuelle Realität.

Viele Simulationsprogramme zeigen unterschiedliches Laufzeitverhalten über den Gesamtzeitraum der Simulation, insbesondere wenn adaptive Algorithmen angewendet werden. Performance-Analyse-Werkzeuge bieten nur wenig Unterstützung um dieses dynamische Verhalten zu analysieren. Im Rahmen des Projektes LMAC sollen die Werkzeuge Vampir, Scalasca und Periscope, sowie die Messinfrastruktur Score-P erweitert werden um eine bessere Unterstützung für die Analyse von dynamischem Anwendungsverhalten zu erreichen.

Ein besonderes Interesse der RWTH Aachen ist hierbei die Unterstützung von OpenMP Tasks, da Tasks eine einfache Möglichkeit sind um dynamische Algorithmen mit OpenMP zu parallelisieren. Partner des vom BMBF geförderten Projektes LMAC sind die TU Dresden, die TU München, die German Research School for Simulation Sciences, die Gesellschaft für numerische Simulation und das Forschungszentrum Jülich, sowie als assoziierte Partner die University of Oregon. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie auf der VI-HPS Webseite. (en)

Urheberrecht: ;© JARA-HPC

Die durchgängige Simulation von Prozessketten auf makroskopischer und mikroskopischer Skala ermöglicht die Optimierung von Produktionsprozessen für die Herstellung metallischer Bauteile und eine schnelle Anpassung der Prozessierung auf sich ändernde Randbedingungen. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Forschungszentren Access e.V., JSC Jülich und dem IT Center der RWTH Aachen im Rahmen des Exzellenz-Clusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ hat das Ziel, den zeitlichen Aufwand der auf der Phasenfeld-Methode basierenden, mikroskopischen Gefügesimulation innerhalb einer solchen Prozesskettensimulation zu reduzieren.

Die Nutzung von Performance-Analyse-Werkzeugen und das Optimieren von Anwendungen auf aktuelle HPC Architekturen erfordert in den allermeisten Fällen detailliertes Expertenwissen im Bereich des High Performance Computing. Durch aktuelle Trends zu Beschleunigern, steigenden Anzahlen von Kernen und tieferen Speicherhierarchien, ist eine Verbesserung dieser Situation nicht abzusehen. Ziel des Projektes POP (Performance, Optimization and Productivity) ist es Services im Bereich der Performanceanalyse und ‑optimierung für Anwender aus Industrie und Forschung bereitzustellen um Codeentwicklern Zugang zu dem benötigten Expertenwissen zu ermöglichen und hierdurch Performanceoptimierung in der Softwareentwicklung im HPC zu etablieren. Hierzu haben sich HPC Experten vom Barcelona Supercomputer Center (BSC), dem High Performance Computing Center Stuttgart (HLRS), dem Jülich Supercomputing Centre (JSC), der Numerical Algebra Group (NAG), TERATEC und dem IT Center der RWTH Aachen zusammengeschlossen.

POP ist eines der acht Center of Excellence Projekte im HPC Bereich, welche von der Europäischen Kommission in Horizon 2020 gefördert werden.

Weitere Informationen zu POP allgemein und wie Sie die Services in Anspruch nehmen können, finden Sie auf der POP-Webseite.

Das mechanische Verhalten von semi-kristallinen thermoplastischen Bauteilen wird wesentlich durch ihre Mikrostruktur bestimmt. Daher ist die genaue Vorhersage ihrer Mikrostruktur wichtig beim Design der Bauteile.
Bislang sind Simulationprogramme, wie das im RWTH Institut für Kunststoffverarbeitung entwickelte SphaeroSim, nur auf kleine Bereiche eines Bauteils begrenzt. Zur Erreichung einer höheren Genauigkeit, um feinere Strukturen auflösen zu können, und um die Mikrostruktur eines vollständigen Bauteils, das mit dem Spritzgussverfahren hergestellt wird, erfassen zu können, ist der Einsatz von Hochleistungsrechnern von Nöten.
Im Rahmen eines vom RWTH Exploratory Research Space bis 2013 unterstützten Projektes wurde SphaeroSim mit Message Passing (MPI) und zusätzlich durch Multi-Threading auf mehreren Ebene parallelisiert. Auch eine Portierung auf den vielversprechenden Manycore-Prozessor Intel Xeon Phi wurde durchgeführt. Insgesamt wurde die Skalierbarkeit von SphaeroSim im Rahmen des Projektes von anfangs wenigen Threads eines Arbeitsplatzrechners auf über 1000 Rechenkerne eines aktuellen Rechenclusters erhöht. Inzwischen kann nahezu die vollständige Morphologie eines komplexen Spritzgussteils berechnet werden.

Da moderne Anwendungen auf Hochleistungsrechnern eine immer größere Anzahl an Rechenkernen nutzen, werden Programmierer solcher Anwendungen mit immer neuen Herausforderungen konfrontiert um Anwendungen für diese Architekturen lauffähig zu bekommen. Performance-Analyse-Werkzeuge dienen dazu den Programmierer bei dieser Aufgabe zu unterstützen. Hierzu existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen, welche Leistungsdaten von Anwendungen messen und Visualisieren und Analysieren.

Für die Datengewinnung bieten diese Tools unterschiedliche Möglichkeiten um im Wesentlichen dieselben Daten zu erlangen. Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes SILC wurde die einheitliche Messinfrastruktur Score-P entwickelt um die Gewinnung von Leistungsdaten zu vereinfachen. Daten welche mit Score-P erarbeitet werden können von verschiedenen Werkzeugen wie Vampir, Scalasca, Periscope oder TAU verwendet werden, so dass nur eine Messung nötig ist um unterschiedliche Analysen durchführen zu können. Projektpartner des SILC Projektes waren neben der RWTH Aachen die TU Dresden, die TU München, die Gesellschaft für numerische Simulation und das Forschungszentrum Jülich, sowie als assoziierte Partner die University of Oregon und die German Research School for Simulation Sciences. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie auf der VI-HPS-Webseite. (en)

Hochleistungscluster bieten oft mehrere MPI-Bibliotheken und Compiler-Suites für Parallelprogrammierung an. Dies bedeutet, dass Anwendungen für parallele Programmierung, die meist von einer bestimmten MPI-Bibliothek und manchmal von einem bestimmten Compiler abhängen, mehrfach installiert werden müssen, jeweils einmal für jede Kombination von MPI-Bibliothek und Compiler, die unterstützt werden soll. Darüber hinaus werden im Laufe der Zeit neuere Versionen der Anwendungen veröffentlicht und installiert. Eine Möglichkeit um viele verschiedene Versionen von Software-Paketen zu verwalten bietet die „module“-Software, die von vielen Rechenzentren auf der ganzen Welt genutzt wird. Jedes Rechenzentrum bietet jedoch eine verschiedene Zusammenstellung von Anwendungen an, hat andere Richtlinien wie und wo verschiedene Software-Pakete installiert werden und wie verschiedene Versionen benannt werden. UNITE versucht diese Situation für Debugging- und Performance-Anwendungen zu verbessern.

Die RWTH Aachen schließt eine Kooperationsvereinbarung mit Microsoft. Ziel der Kooperation ist es, den Einsatz von Windows Betriebssystemen im HPC-Bereich zu fördern und insbesondere den Ingenieurwissenschaften im IT Center eine leistungsfähige Infrastruktur unter Windows HPC Server 2008, sowie das entsprechende Know-how für die Nutzung unter OpenMP oder mit MPI zur Verfügung zu stellen.

Das IT Center der RWTH Aachen wird hierzu seitens Microsoft als europäisches Cluster Competence Center mit Schwerpunkt Windows High Performance Server 2008 etabliert. Die gewonnenen Ergebnisse sollen allgemein zugänglich gemacht werden.

Zusammen mit der Einführung von Claix-2018 wurde eine technische Zusammenarbeit zwischen der RWTH und NEC gestartet, welche die Portierung und die Performance von verschiedenen Produktions-Codes auf der Vektorarchitektur SX-Aurora Tsubasa untersucht. In diesem Kontext wurden die Codes XNS, ZFS, VASP, CIAO, Quantum ESPRESSO und CP2K untersucht. Außerdem wurde eine OpenMP Device Offloading Infrastruktur entwickelt und mit den SPEC-hpc und SPEC-Accel Benchmarks analysiert. Abgerundet wurde dieses Zusammenarbeit mit der Weitergabe dieses Wissens in verschiedenen Trainings und Workshops.