Aktuelles zum Pilotlabor für die Exascale-Erdsystemmodellierung
Seit 2019 arbeiten rund 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 8 Helmholtz-Zentren zusammen, um Erdsystemmodelle (ESMs) zu erstellen, die für die nächste Generation von Supercomputern geeignet sind, d.h. bereit sind für Exascale. Kürzlich stellte Martin Schultz vom JSC, der Koordinator des Pilot Lab Exascale Earth System Modelling (PL-ExaESM), den Hintergrund und die Beweggründe für dieses Projekt sowie einige aktuelle Ergebnisse im Center for Earth System Observation and Computational Analysis (CESOC) vor. Das CESOC wurde 2021 gegründet, um die Zusammenarbeit zwischen Erdsystemwissenschaftlern und Informatikern im Rheinland zu stärken und die erfolgreiche Bewerbung Deutschlands als neuer Standort des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) zu unterstützen. Das ECMWF hat mit seinem Skalierbarkeitsprogramm Pionierarbeit für eine technologieorientierte Perspektive der ESM-Entwicklung geleistet. Diese Arbeit hat zu einem europäischen Exzellenzzentrum (ESiWACE) und einer Reihe von Projekten (ESCAPE) geführt. Mit PL-ExaESM hat die Helmholtz-Gemeinschaft ihre Kräfte gebündelt und die Verbindung zu führenden ESM-Entwicklern in Europa verstärkt.
Das zugrundeliegende Anliegen von PL-ExaESM ist die Beobachtung, dass neue Supercomputer-Technologien einen disruptiven Wechsel zu spezialisierteren und vielfältigeren Rechen- und Speicherkomponenten darstellen. Während der wissenschaftliche Fortschritt mit ESM in der Vergangenheit zum Teil auf dem exponentiellen Wachstum der Supercomputer-Ressourcen aufgrund der Miniaturisierung (Moore'sches Gesetz) beruhte, ist es nicht mehr möglich, bestehenden Code einfach auf mehr Prozessoren laufen zu lassen. Stattdessen müssen grundlegend neue Konzepte entwickelt werden, um die Fähigkeiten von Beschleunigern wie GPUs auszunutzen und Arbeitsabläufe und Speicherkonzepte zu optimieren. Darüber hinaus müssen neue Algorithmen und die Einbettung von Techniken des maschinellen Lernens in ESM-Modelle und die Nachbearbeitung von ESM-Ergebnissen erforscht werden. Da der ESM-Code einige der größten und komplexesten Supercomputing-Anwendungen darstellt, kann die Analyse der ESM-Anforderungen und -Engpässe auch bei der Gestaltung der Supercomputing-Architekturen der Zukunft helfen. PL-ExaESM hat in all diesen Bereichen erhebliche Fortschritte erzielt und dazu beigetragen, eine neue Gemeinschaft von interdisziplinären Forschern aufzubauen, die die nächste Generation von ESM mit höherer Auflösung, besserer Darstellung physikalischer Prozesse und besserer Nutzungsfreundlichkeit entwickeln und damit einen noch größeren Beitrag zur Lösung der großen gesellschaftlichen Herausforderungen leisten werden.
Das von der Helmholtz-Initiative und dem Vernetzungsfonds geförderte PL-ExaESM-Projekt läuft bis September 2022. Danach werden die Hauptaktivitäten unter dem Dach eines Joint Labs weitergeführt. Weitere Informationen finden Sie unter https://www.exaesm.de/.
Kontakt: Dr. Martin Schultz, m.schultz@fz-juelich.de
aus JSC News No. 286, 7. Februar 2022