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Der Lehrstuhl für Systemsimulation (LSS) beschäftigt sich mit der Verwendung von modernen Architekturen und Höchstleistungsrechnern. Besonderes Interesse gilt der Entwicklung effizienter und paralleler Algorithmen. Dabei spielen objektorientierte Programmiertechniken sowie die performante Umsetzung auf Höchstleistungsrechner eine große Rolle.
Das Interessensgebiet des Lehrstuhls für Systemsimulation liegt im Bereich der kontinuierlichen Simulation und umfasst Aspekte der
Modellierung, der Umsetzung eines Simulationsmodells in ein Computerprogramm und der Durchführung von Berechnungen für
konkrete Anwendungen.
Der immer noch anhaltende Zuwachs an verfügbarer Rechenleistung
wird in den Simulationsanwendungen durch zunehmend komplexere und hoffentlich realitätsnähere Modelle ausgeglichen, so dass der
Bedarf an effizienten Methoden für die Simulationsberechnungen
unvermindert groß ist. Eben diese effizienten Methoden und deren
Implementierung sind die Forschungsschwerpunkte am Lehrstuhl 10.
Besonderes Interesse gilt den sogenannten Multilevel-Verfahren,
die sich durch ihre optimale algorithmische Komplexität auszeichnen. In anderen Worten, der Rechenaufwand für
Multilevel-Verfahren ist direkt proportional zur Problemgröße. Damit
erlauben es diese Verfahren, Probleme zu behandeln, die weit
außerhalb der Reichweite anderer Ansätze liegen.
Gerade auf Superrechnern und den dort bearbeiteten Problemgrößen
sind Multilevel-Verfahren unverzichtbar geworden. Werden diese Verfahren jedoch mit adaptiver Verfeinerung kombiniert und auf parallelen Architekturen implementiert, so ist der Programmieraufwand beträchtlich. Neben der Weiterentwicklung der Algorithmen selbst stehen deshalb zunehmend auch Fragen des Software-Engineering im Vordergrund der Forschung. Eine rein objektorientierte Vorgehensweise, die auf Grund der Komplexität des Programmierproblems wünschenswert erscheinen mag, erfüllt (noch) nicht die Anforderungen an die Geschwindigkeit der Ausführung und wird daher durch Mischtechniken ersetzt.
Neben der Entwicklung neuer Algorithmen wird auch
der Einfluss der Rechnerarchitektur auf die Implementierung bekannter
Verfahren untersucht. Ein Schwerpunkt besteht in der optimierten Ausnutzung der Speicherhierarchien, insbesondere Caches, wie sie moderne Architekturen aufweisen. Darüber hinaus gilt das Interesse
auch dem Einsatz von vergleichsweise kostengünstigen Parallelrechnern, den sogenannten Workstationclustern, die aus vernetzten Arbeitsplatzcomputern aufgebaut werden.
Neben den eher klassisch zu nennenden Diskretisierungsmethoden wie
Finite Differenzen und Finite Elemente, die zu den algebraischen Gleichungssystemen führen, die es dann mit Multilevel-Techniken zu
lösen gilt, werden am Lehrstuhl auch neuere Ansätze wie Lattice-Boltzmann-Methoden untersucht. Lattice-Boltzmann-Methoden
haben sich bei der Berechnung von Mehrphasenproblemen als
robuste und flexible Diskretisierungstechnik erwiesen.
In Zusammenarbeit mit anderen Lehrstühlen, die sich auf die Anwendung
dieser Techniken auf konkrete Probleme konzentrieren, wird am
Lehrstuhl die effiziente Umsetzung dieser Methoden untersucht.
Damit Höchstleistungsrechner schneller zur numerischen Simulation konkreter Anwendungen genutzt werden können, ist es wichtig, Bibliotheken zu entwickeln, welche die Implementierung von numerischen Algorithmen auf Höchstleistungsrechnern erleichtern. Erreicht werden kann dies zum Beispiel durch die Verwendung von C++ und Expression Templates. Die Entwicklung von Bibliotheken muss jedoch immer im Hinblick auf konkrete Anwendungen geschehen. Beispiele solcher Anwendungen sind die numerische Simulation von Teilchenbeschleunigern und numerische Simulationen im Bereich der Photonik, wie zum Beispiel die Simulation von Lasern. Laser werden in vielen technischen Anwendungen benötigt. Die Simulation von Lasern ist sehr komplex, so dass es es zur Zeit noch kein Simulationsprogramm gibt, welches das zeitliche und dreidimensionale Verhalten von Lasern simulieren kann. Deshalb ist es notwendig, neue Verfahren zur Simulation von Lasern zu entwickeln, die eine genaue Analyse und damit eine Optimierung der Qualität von Lasern ermöglichen.
Kooperationspartner
Das LSS hat über 60 nationale und internationale Kooperationspartner aus Industrie und Forschung.
Diese Partner sind in der unten stehenden Karte eingezeichnet.
LSS cooperations auf einer größeren Karte anzeigen
Diese Karte ist ein Angebot von Google Maps. Für den Inhalt dieser Karte sowie andere externe Inhalte ist nicht der Lehrstuhl für Systemsimulation verantwortlich.
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