Das BMBF-Projekts SKALB gliedert sich in fünf große Arbeitspakete, die jeweils von mindestens drei Projektpartnern gemeinschaftlich bearbeitet werden. Alleine hierdurch wird die interdisziplinäre Vernetzung deutlich. Die ersten Aufgaben für die einzelnen Arbeitspakete sind im folgenden ohne Anspruch auf Vollständigkeit kurz beschrieben.

Arbeitspaket I: Portierung und Optimierung von LB-Applikationen auf massiv parallele HPC-Systeme

Zentraler Punkt dieses Arbeitspakets ist die Portierung und Optimierung der eingesetzten Simulationscodes auf eine breite Palette modernster hochparalleler HPC-Systeme. Der erste Schritt dabei ist eine Bestandsaufnahme hinsichtlich der seriellen und parallelen Performance. Begleitet werden die Arbeiten zur effizienten Implementierung von LB-Applikationen für bereits bestehende sehr große HPC-Systemen durch umfangreiche Aktivitäten zu den Themen alternative parallele Programmiermodelle sowie neue Programmier- und Optimierungsansätze für zukünftige Multi- und Many-Core Standardprozessoren.

Arbeitspaket II: Weiterentwicklung von LB-Methoden für praktische Anwendungen auf hochskalierenden Systemen

Zentrale Punkte dieses Arbeitspakets sind Gebietszerlegung/Gebietspartitionierung, (dynamische) Lastbalanzierung, aber auch Fragen des Pre- und Postprocessings.

Arbeitspaket III: Verbesserte numerische Ansätze für LB-Methoden

In gängigen LB-Ansätzen kann jeder einzelne Zeit- und Teilschritt mit sehr hoher computational Effizienz durchgeführt werden, aber die numerische Effizienz ist aufgrund der Explizitheit vieler Zugänge und Beschränkung auf regelmäßige Gitterstrukturen noch nicht optimal. Moderne und sehr leistungsfähige Diskretisierungs- und Lösungstechniken für Partielle Differentialgleichungen, die von der Mathematik in den letzten Jahren entwickelt und inzwischen für andere CFD-Verfahren erfolgreich angewendet werden konnten, haben ihren Weg allerdings noch kaum in den Bereich der LB-Verfahren gefunden und sollen in diesem Arbeitspunkt untersucht werden.

Arbeitspaket IV: Hardwarenahe Implementierung für Nicht-Standardprozessoren

Aktuelle Hardwaretrends sollen in diesem Projekt nicht nur für Standardprozessoren im Umbruch (“Multi-Core”), sondern auch für Nicht-Standardarchitekturen berücksichtigt werden. Aufgrund der Erfahrungen der beteiligten Gruppen wurde sich für die Verwendung von Grafikprozessoren (GPUs) als Repräsentant zukünftiger Many-Core-Architekturen und den Cell-Prozessor als Prototyp heterogener Multi-Core-Prozessoren entschieden.

Arbeitspaket V: Benchmarking und Showcases

Das Spektrum der Showcases wird große Teile typischer Industrieanwendungen abdecken, die jedoch auch unterschiedliche Strömungsregimes repräsentieren und damit auch unterschiedliche methodische Ansätze erfordern. Als Testcases, die dokumentiert werden sollen, wurden vorläufig ausgewählt:

• Grundlagenuntersuchungen im Bereich turbulenter Strömungen
• Strömungen in porösen Medien und hierarchischen Katalysatoren
• Mehrphasenströmungen und nicht-newtonsche Fluide
• Strömungen mit freien Oberflächen (LB-Flachwassermodelle sowie volle 3D-Modelle).
• Wassertransport in Brennstoffzellen
• Blutfluss in Aneurysmen