Momentaufnahme einer Simulation mit SCALE-TRACK. Dargestellt ist eine Wolkenkammer mit unterschiedlich großen (nicht maßstabsgetreuen) Tropfen.
Disperse Mehrphasenströmungen sind allgegenwärtig in Naturvorgängen, wie zum Beispiel Wolken, sowie in technischen Anwendungen. Die Euler-Lagrange-Methode (EL) ist ein numerischer Ansatz zur Modellierung dieser Strömungen. Hierbei wird die kontinuierliche Phase in einem Euler-Netz berechnet, während die disperse Phase mit einem Lagrange’schen Ansatz behandelt wird. Eine zweiseitige Kopplung, bei der beide Phasen aufeinander einwirken, ist entscheidend für die genaue Simulation von Systemen wie Wolken oder anderen Partikelströmungen. Trotz ihrer Einfachheit ist die EL-Methode rechenintensiv. Moderne heterogene Hochleistungsrechner mit CPU-GPU-Kombinationen wurden bisher nicht optimal für EL-Simulationen genutzt, da Herausforderungen wie Synchronisationsbarrieren, Lastverteilung und mangelnde Skalierbarkeit bestanden. Um diese Probleme zu lösen, wurde der Algorithmus SCALE-TRACK (Scalable two-way coupled Euler-Lagrange particle tracking algorithm) entwickelt. Er nutzt asynchrone Kopplung, chunk-basierte Partitionierung und cache-freundliche Datenstrukturen, um effiziente EL-Simulationen auf Exascale-Systemen zu ermöglichen. Exzellente starke und schwache Skalierung konnten auf einem High-Performance-Computing-Cluster mit bis zu 256×109 Partikeln auf 256 GPUs nachgewiesen werden.
Dieses Projekt wurde vom European High-Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) im Rahmen der Fördervereinbarung Nr. 101118139 finanziert. Das JU wird vom Programm „Horizon Europe“ der Europäischen Union unterstützt.