ICON-Simulation für Gordon-Bell-Preis in Klimamodellierung nominiert
JSC-Forschende tragen zur Leistungsoptimierung einer neu entwickelten Konfiguration des ICON-Klimamodells bei, die die Simulation dekadischer Klimaveränderungen in bisher unerreichter Auflösung auf JUPITER und anderen großen Supercomputern ermöglichen wird. Das Projekt wurde als einer der drei Finalisten für den Gordon Bell Prize for Climate Modelling ausgewählt. Die American Association for Computing Machinery vergibt die jährliche Auszeichnung in dieser neuen Kategorie, um Innovationen zu würdigen, die das Verständnis des Klimasystems und des Klimawandels fördern. Der Preis wird im November während der SC25, der weltweit wichtigsten HPC-Konferenz, verliehen.
Im April nutzten die Forschenden 8.000 NVIDIA Grace-Hopper-Superchips (GH), auf dem Alps-Supercomputer des Swiss National Supercomputing Centre (CSCS), um die hochauflösenden ICON-Simulationen des Erdsystems zu erstellen. Diese ICON-Konfiguration wird derzeit für den ersten europäischen Exascale-Supercomputer JUPITER am JSC vorbereitet und eine der ersten Anwendungen auf Europas größtem Supercomputer sein. Jeder der etwa 6.000 Booster-Knoten von JUPITER verfügt über vier Grace-Hopper-Superchips, also insgesamt rund 24.000 GH-Superchips, die noch größere und detailliertere ICON-Simulationen ermöglichen.
Bis vor kurzem galt es noch als unmöglich, das gesamte Erdsystem inklusive Energiehaushalt, Wasser- und Kohlenstoffkreislauf mit einer Auflösung von einem Kilometer über mehrere Jahrzehnte zu simulieren: Zu groß sei die Zahl der relevanten Prozesse, zu komplex ihr Zusammenspiel, zu lang die Zeitskalen, zu hoch der damit einhergende Rechenaufwand. Ein vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) geleitetes Team mit vielen beteiligten Institutionen hat eine neue Konfiguration von ICON entwickelt, die dieser Aufgabe gewachsen ist. Indem es diese Konfiguration auf den neuesten Supercomputern laufen ließ, konnte das Team nachweisen, dass Simulationen des Erdsystems mit einer Auflösung von 1,25 Kilometern tatsächlich möglich sind – inklusive des gesamten Kohlenstoffkreislaufs und mit einem Rechendurchsatz, der die Untersuchung des Klimawandels über mehrere Jahrzehnte ermöglicht.
Im Kontext des JUPITER Research and Early Access Program (JUREAP) bringt das JSC seine Expertise in Leistungsoptimierung und System-Co-Design ein, um ICON für den Einsatz auf JUPITER vorzubereiten. In enger Zusammenarbeit mit dem MPI für Meteorologie, DKRZ, CSCS, ETH und NVIDIA unterstützen Forschende und HPC-Expert:innen des JSC die Anpassung von ICON an heterogene GPU-basierte Architekturen, um sowohl höchste Rechenleistung als auch Energieeffizienz zu erzielen. ICON ist bereits seit vielen Jahren eine zentrale Anwendung auf den Supercomputern des JSC, doch erst JUPITER ermöglicht die Skalierung des Modells auf zehntausende Grafikkarten. Damit wird JUPITER zu einer Schlüsselplattform für die Klimaforschung in Europa: Simulationen im Kilometermaßstab über mehrere Jahrzehnte hinweg schaffen die Basis für immer genauere und verlässlichere Klimaprojektionen.
Die Effizienz des ICON-Modells bei der Nutzung von aktuellen Hochleistungsrechnern zeigt, dass es grundsätzlich möglich ist, voll gekoppelte Simulationen in hoher globaler Auflösung auch für verschiedene Zukunftsszenarien zu erstellen. Diese liefern wichtige Informationen, um lokale Strategien zur Anpassung an den Klimawandel zu planen – ein Prozess, der mit dem Eintritt Europas in die Exascale-Supercomputing-Ära entscheidend vorangetrieben wird.
Kontakt: Dr. Lars Hoffmann, Dr. Andreas Herten