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Institute for Advanced Simulation (IAS)

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Guest Student Programme 2007

Proceedings

Bolten, Matthias (Hrsg.) (2007)
 Beiträge zum Wissenschaftlichen Rechnen - Ergebnisse des Gaststudentenprogramms 2007 des John von Neumann-Instituts für Computing (PDF, 5 MB)
Technical Report IB-2007-12, 2007

Abstracts

Entwicklung eines Software-Interfaces zwischen dem FEM-Paket LS-DYNA und dem JSC-eigenen Postprocessing-Tool RAPS

Eduardo Aguilar Moreno, Technische Universität München
Adviser: Bernd Körfgen

LS-DYNA, ein kommerzielles Finite-Elemente-Analyse Programmpaket, wird vom Jülich Supercomputing Centre (JSC) für die Nutzer im Forschungszentrum Jülich auf dem Supercomputer Jump zur Verfügung gestellt. Im Rahmen des Gaststudentenprogramms des NIC wurde eine neue Schnittstelle zwischen LS-DYNA und dem JSC-eigenen Postprocessing-Tool RAPS entwickelt. Diese Schnittstelle erlaubt die Konvertierung binärer Daten, die auf unterschiedlichen Rechnerarchitekturen erzeugt wurden.

Test paralleler mehrdimensionaler FFT-Software

Sebastian Birk, Bergische Universität Wuppertal
Adviser: Bernhard Steffen

Im vorliegenden Artikel wird das Laufzeitverhalten dreier FFT-Bibliotheken auf dem Jülicher JUMP-Cluster untersucht. Zunächst wird ein kurzer Überblick über Symmetrien der FFT gegeben, die sich zur Speicher- und Rechenzeitersparnis ausnutzen lassen. Weiterhin werden die drei verwendeten FFT-Bibliotheken vorgestellt und das entwickelte Programm, welches als einheitliches Interface für diese Bibliotheken dient. Abschließend werden Ergebnisse präsentiert, welche das Cacheverhalten in Zusammenhang mit der Laufzeit bringen, und das Transponieren wird näher untersucht.

Zur Druckberechnung in der parallelen Version des NIST Fire Dynamics Simulators v5.0

Andreas Brätz, Bergische Universität Wuppertal
Adviser: Armin Seyfried

Die Verwendung rechnerischer Nachweise im Bereich des Brandschutzingenieurwesens hat in den letzten Jahren in Deutschland immer mehr an Gewicht gewonnen. Für komplexe Problemstellungen, beispielsweise der Projektierung von Entrauchungsanlagen zur Rauchfreihaltung von Rettungswegen, ist zunehmend auch der Einsatz von CFD-Berechnungen (Computational Fluid Dynamics) die Regel. Ein oft eingesetztes Programm stellt hier der vom National Institute for Standards and Technology in Gaithersburg entwickelte Fire Dynamics Simulator dar. Mit der Komplexität der betrachteten Szenarien steigt auch der Bedarf an Rechenleistung, so dass auch die Nutzung leistungsfähiger Parallelrechner, wie sie bspw. am JSC, dem Juelich Supercomputing Centre, zur Verfügung stehen, verstärkt ins Blickfeld der Ingenieure rückt. Der Beitrag beschreibt die Probleme bei der Nutzung der aktuellen FDS-Version 5.0 auf massiv parallelen Systemen und versucht Lösungsansätze vorzuzeichnen.

Algebraische Mehrgitterverfahren für strukturierte Matrizen

Stephanie Friedhoff, Bergische Universität Wuppertal
Adviser: Matthias Bolten

Zunächst werden die Grundlagen von algebraischen Mehrgitterverfahren (AMG) für den allgemeinen Fall beschrieben. Dabei wird auf das Problem der wachsenden Komplexität des verwendeten Galerkin-Operators aufmerksam gemacht. Anschließend wird untersucht, wie für die spezielle Klasse der Toeplitz- und zirkulanten Bandmatrizen ein algebraisches Mehrgitterverfahren optimiert werden kann. Dabei wird der Begriff der Spektraläquivalenz erklärt und diskutiert, wie diese zur Optimierung verwendet werden kann. Auf Veränderungen des Verfahrens, die dadurch zusätzlich nötig sind, wird im Anschluss eingegangen. Desweiteren wird die Verwendung algebraischer Mehrgitterverfahren als Präkonditionierer für ein CG-Verfahren beschrieben und untersucht. Zum Schluss werden Ergebnisse einer parallelen Implementierung vorgestellt und diskutiert. Dabei werden für den vorliegenden Fall AMG, optimiertes AMG, mit AMG präkonditioniertes CG und mit optimiertem AMG präkonditioniertes CG insbesondere im Hinblick auf Konvergenz und Skalierbarkeit verglichen.

The ISOMAP Algorithm for Non-linear Dimensionality Reduction

Stefanie Hittmeyer, University of Bielefeld
Adviser: Thomas Neuhaus, NIC

In many areas such as physics, engineering, astronomy and biology scientists have to analyze and visualize high-dimensional data. Thus it is important for them to understand the intrinsic degrees of freedom and the underlying geometry of such a data set. It is often convenient to find a mapping from the input space to a lower dimensional subspace such that certain aspects of the geometry of the data points are preserved. The results can be used for analysis and interpretation of the original high-dimensional data. There are many different methods for nonlinear dimensionality reduction. I will introduce the method of Isometric Feature Mapping (ISOMAP).

Visualization of Star-Disc Evolution

Thomas Kaczmarek, Universität zu Köln
Adviser: Paul Gibbon

Visualization of scientific data helps researches understand, where the important regions are in the dataset. This is especially important in computational science, where all physical processes are represented by data and no direct feeling can be established like in a normal experiment. This article describes how one can use the xnbody visualization software to visualize nbody simulations. The focus lies on visualizing the star disc evolution in star clusters like the Orion Nebula Cluster. Star discs, also protoplanetary discs, are the remnants of the gas and dust cloud the star formed from. Studying the evolution of these star discs in star cluster can give us a idea, why astronomers do not see many star discs and how gravitation instabilities (which are potentially important for planet formation) can form.

Performance optimization on Blue Gene by optimized task placement

Michael Knobloch, Technische Universität Dresden
Adviser: Michael Hennecke, IBM

In this paper we present a new approach to task placement on Blue Gene to minimize communication time. Extending previous work, we use much more detailed communication patterns to exploit the network properties better. To obtain these communication patterns we present an MPI wrapper library.

Parallele schnelle Fouriertransformation nichtäquidistanter Daten

Michael Pippig, Technische Universität Chemnitz
Adviser: Matthias Bolten, Godehard Sutmann

Ausgehend von einer Bibliothek für die multivariate schnelle Fouriertransformation nichtäquidistanter Daten wird eine angepasste Implementation für den dreidimensionalen Fall vorgestellt, welche im folgenden mit MPI parallelisiert wird. Die Theorie der NFFT wird kurz umrissen, die serielle Version analysiert und mögliche Parallelisierungsmethoden vorgestellt. Eine Implementierung einer parallelen Version der NFFT wird daraufhin vorgestellt und ebenfalls analysiert. Außerdem wird ein Algorithmus zur besseren Skalierung von NFFTs mit schlechter Stützstellenverteilung entwickelt und ein Ausblick auf weitere Verbesserungmöglichkeiten gegeben.

Fehlerabschätzungen in der Fast Multipole Method bei Systemen mit periodischen Randbedingungen

Alexander Rüttgers, Universität Bonn
Adviser: Holger Dachsel

Die Fast Multipole Method (FMM) erlaubt eine Reduktion der Komplexität des Coulomb-Problems von O(N2) auf O(N) Nach einer Vorstellung des theoretischen Hintergrundes der FMM, wird der bei der Berechnung auftretende Fehler betrachtet und in einen numerisch berechenbaren Ausdruck umgeformt. Die Zielsetzung der Arbeit bestand in der Berechnung des Fehlerterms, um die Genauigkeit der bereits bestehenden FMM-Implementierung abschätzen zu können. Das zur Fehlerberechnung entwickelte Programm wird im Anschluss daran vorgestellt und in der Nutzung beschrieben.

Implementation of a Quantum Monte Carlo Code on BGL

Andreas Uhe, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Adviser: Thomas Müller

The parallelisation of the Quantum Monte Carlo program Quantum Magic is described. Speed-up measurements on the parallel computer systems JUMP and JUBL are presented. Diffusion Monte Carlo was applied to test the effect of the usage of STO-6G molecular orbitals combined with a STO basis as trial function with the first row atoms as examples. Also multireference wave functions are applied to Be, B and C. Furthermore the development of the maximum time step with growing atomic number is examined using He, Ne and Ar as test cases. Application of the program to the small molecules N2 and ethylene is conducted. Variational Monte Carlo calculations were used for preprocessing in order to get acceptable distributions of walkers.

Improving Communication in a Force Decomposition Algorithm

Alexander Weuster, Universität Duisburg-Essen
Adviser: Godehard Sutmann

This report introduces a method of communication in a parallel molecular dynamic simulation for short range interactions. In order to minimize the volume that has to be gathered on every processor, a not particle but cell-based communication list is created in the neighbor list routine. The algorithm is added to a force decomposition algorithm, which uses space filling curves to sort particles and achieve a additional domain decomposition. Coding and decoding algorithms of Hilbert's and Lebesgue's curve are discussed and results are presented.

Group Photo

Guest Students 2007Guest students 2007 and some of their advisers

Persons on the photo, left to right, front to back:

1. row: Alexander Rüttgers, Eduardo Aguilar Moreno, Stephanie Friedhoff, Stefanie Hittmeyer, Alexander Weuster
2. row: Michael Pippig, Alexander Uhe, Bernhard Steffen, Thomas Neuhaus
3. row: Holger Dachsel, Bernd Körfgen, Michael Knobloch, Andreas Brätz, Thomas Kaczmarek, Sebastian Birk
4. row: Matthias Bolten, Godehard Sutmann


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