Abstract
Typical applications in Computational Science and Engineering (CSE) try to extract information based on a model out of given data, for example to understand physical effects based on numerical simulations. The involved numerical algorithms tend to be complex and their understanding and design require deep mathematical knowledge. Moreover, for physically meaningful results, high accuracy and large-scale problems have to be solved. Writing software for such applications in CSE is a difficult task, since the complex models have to be implemented efficiently on large High Performance Computing (HPC) systems. Therefore, parallel algorithms have to be developed that fit to the underlying parallel hardware, and tools are necessary to analyze and tune the code. In this article we first summarize the demands on CSE software design in general and then present the multi-physics software framework waLBerla as an example for efficient, portable, and productive CSE software.
Zusammenfassung
Typische Anwendungen im Bereich Computational Science and Engineering (CSE) versuchen Informationen aus vorhandenen Daten mittels eines Modells zu extrahieren, beispielsweise um basierend auf numerischen Simulationen physikalische Effekte zu verstehen. Die dabei eingesetzten numerischen Algorithmen sind sehr komplex und es erfordert tiefes mathematisches Wissen, um sie zu verstehen und zu entwickeln. Zudem müssen sehr große Probleme sehr akkurat gelöst werden, um physikalisch sinnvolle Ergebnisse zu erzielen. Software für solche Anwendungen zu entwickeln ist daher sehr schwierig, da die komplexen Modelle effizient auf Höchstleistungsrechnern implementiert werden müssen. Parallele Algorithmen sind notwendig, die auf die aktuelle hoch-parallele Hardware angepasst sind und Werkzeuge werden gebraucht um den Code zu analysieren und zu optimieren. In diesem Artikel werden wir zuerst die Anforderungen an die CSE Softwareentwicklung im Allgemeinen zusammenfassen und danach das Multi-Physik Softwarepaket waLBerla als ein Beispiel für die Umsetzung von effizienter, portabler und produktiver Software im Bereich CSE anführen.
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