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Am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) der Uni wurden in den letzten Monaten die Arbeiten an einem Projekt zur Vernetzung von Ingenieuren in einem deutschlandweiten Grid aufgenommen. In-Grid ist Bestandteil der Bundesinitiative D-Grid zur Vernetzung von Rechnern, Software, Daten und Wissenschaftlern.
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Künftig sollen Wissenschaftler unabhängig von der vor Ort vorhandenen technischen Ausstattung an Rechnern, Programmen, Daten und Informationen komplexe wissenschaftliche Fragestellungen bearbeiten. Das ist die Vision des so genannten D-Grids, für dessen erste Phase das Bundesministerium für Bildung und Forschung im September vergangenen Jahres 20 Millionen Euro bereitstellte. Die Forschungsarbeit in D-Grid verteilt sich dabei auf mehrere anwendungsspezifische Teilprojekte (Community-Projekte), die von einem gemeinsamen Integrationsprojekt unterstützt werden. Eines dieser Community-Projekte ist das vom HLRS koordinierte In-Grid. Ziel von In-Grid ist es, eine Grid-Umgebung für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen verfügbar zu machen.
Unter Grid-Computing (das Wort leitet sich aus dem englischen Begriff power grid für Stromnetz ab) versteht man das verteilte Rechnen nicht nur in einem lokalen Netzwerk, sondern auch über System- und Softwaregrenzen hinweg. Dabei sollen die Benutzer „per Knopfdruck“ auf Rechner, Datenbanken und wissenschaftliche Instrumente zugreifen können. Dies funktioniert nur, wenn die Schnittstellen standardisiert sind und ohne Komplikationen miteinander kommunizieren können. Grundlage dafür ist eine spezielle Software, die so genannte Middleware. Durch die Arbeit „im Grid“ ergeben sich allerdings noch weitere Anforderungen, die hauptsächlich aus der Vielzahl und Vielfalt der Benutzer resultieren. Vor allem wird eine ausgeklügelte Zugriffs- und Benutzungsregelung notwendig, die genau definieren muss, wer beispielsweise auf welchen Supercomputer in einem bestimmten Rechenzentrum und dort auf welche Daten und Software zugreifen darf.
Fünf Anwendungsgebietee
Im Mittelpunkt von In-Grid steht die Frage, wie ingenieurwissenschaftliches Arbeiten in Zukunft mit Hilfe von Grid-Technologie unterstützt werden kann. Das von insgesamt acht Projektpartnern aus Universitäten und Industrie bearbeitete Projekt möchte menschliche und maschinelle Fähigkeiten in synergetischer Weise nutzbar machen. Untersucht werden fünf Anwendungsgebiete: Gießereitechnik, Umformung, Grundwasserströmung und –transport, Turbinensimulation und Interaktion von Strömungs- und Strukturmechanik. Exemplarisch aufzeigen lässt sich die „Arbeitsteilung“ an einer Turbinensimulation des Instituts für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen (IHS) der Uni. Dabei laufen die Simulationsrechnungen selbst in der Regel auf dem neuen SX/8-Rechner am HLRS, die Visualisierung und Steuerung mittels des Visualisierungssystems Covise auf einem Computer im IHS oder in der Cave am HLRS.
Die Untersuchungen sollen als Prototypen für zentrale ingenieurwissenschaftliche Problemstellungen die Möglichkeiten des Grid-Computings darstellen. Beispiele hierfür sind die verteilte simulationsbasierte Optimierung, gekoppelte Multiskalen- und multidisziplinäre Probleme. Für zukünftige technische Produkte und Produktentwicklungsprozesse wird adäquat vernetztes, grid-basiertes ingenieurwissenschaftliches Arbeiten erhebliche Bedeutung haben, ist HLRS-Leiter Prof. Michael Resch überzeugt. „Mit der Entwicklung von Methoden und Softwarekomponenten zur Unterstützung ingenieurwissenschaftlicher Arbeit durch Grid-Technologie schließt sich eine entscheidende Lücke des Forschungsfeldes „Grid Computing“ zum Internet der nächsten Generation.“ Der Aufbau einer grid-basierten „Computational Engineering Community“ demonstriert technologisch avancierte Anwendungsbeispiele ingenieurwissenschaftlichen Arbeitens in der Forschung und im betrieblichen Innnovationsmanagement.
amg
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