PL-ExaESM
Pilot Lab Exascale Earth System Modelling
Das Pilotlabor Exascale Earth System Modelling (PL-ExaESM) erforscht spezifische Konzepte, um die Exascale-Fähigkeit von Erdsystemmodellen und die damit verbundenen Arbeitsabläufe in der Erdsystemwissenschaft zu ermöglichen.
Erdsystemmodelle simulieren das Klima der Erde, einschließlich physikalischer und biogeochemischer Prozesse, und sie sind wichtige Instrumente zur Bewertung des Ausmaßes und der Auswirkungen des künftigen Klimawandels. Solche Modelle müssen in immer feineren Auflösungen laufen, um Extremereignisse zu erfassen, die wiederum oft für die meisten wetterbedingten und anderen Umweltauswirkungen verantwortlich sind. Wir gehen davon aus, dass die Erdsystemmodelle der nächsten Generation mit Auflösungen von 1-3 km laufen werden, was bedeutet, dass in jedem Modellzeitschritt (d. h. jede Minute) rund 200 numerische Gleichungen in jedem der etwa 100 Milliarden Modellgitterfelder gelöst werden müssen. Mit solchen Simulationen können Phänomene auf lokaler Ebene genau reproduziert und Extremereignisse viel genauer als bisher simuliert werden. Daher benötigen diese Modelle immer mehr Computerleistung. Es wird erwartet, dass die nächste Generation von Modellen nur auf Supercomputern mit mindestens 1018 Gleitkommaoperationen pro Sekunde, d. h. Exascale-Systemen, laufen wird. Die Supercomputertechnologie befindet sich in einem raschen und grundlegenden Wandel: Seit einigen Jahren stößt die Prozessorentwicklung an die Grenzen der physikalischen Größe, so dass neue Paradigmen für Rechenprozessoren gefunden werden müssen. Die Prozessoren der nächsten Generation vereinen in der Regel viele tausend Kerne in einer Recheneinheit. Um solche Geräte effizient zu nutzen, müssen neue Programmierkonzepte entwickelt und in Erdsystemmodelle implementiert werden. Außerdem erzeugen diese Modelle riesige Datenmengen, und auch die Speichertechnologie entwickelt sich weiter. Dies bedeutet, dass neue Wege für die Verarbeitung der Ergebnisse von Erdsystemmodellen und neue Modellierungsabläufe entwickelt werden müssen. Um solche gigantischen Simulationen auf solch gigantischen Maschinen zu ermöglichen, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Erdsystemmodellierern und Informatikern erforderlich. Das PilotLab ExaESM bietet eine Plattform, auf der diese beiden Gemeinschaften zusammentreffen und interagieren können, um die nächste Generation von Erdsystemmodellen zu entwickeln.
Kontakt
Dr. Anne Caroline Lange
Senior Scientist Head of group "Air Quality and Emission Optimization"
- Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
- Troposphäre (IEK-8)
Raum 3029