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Teilnehmende am Hackathon „Quantum Computational Science and Engineering“.

MSS: Entscheidungen durch Simulation unterstützen

17. Oktober 2024
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Ein Beitrag der RWTH Aachen.

Next Generation Computing für die Anwendung – Von der Entwicklung innovativer Algorithmik zur Nutzung neuester Exascale-, Quantum- und Neuromorpher Computer­architekturen

Trotz immenser Fortschritte in den Simulations­wissenschaften der vergangenen Jahre gibt es auch heute noch viele gesellschaftliche und wissenschaftliche Frage­stellungen, welche mit klassischen Computer­modellen nicht beantwortet werden können. Beispiels­weise ist die simulative Vorhersage komplexer Systeme, wie etwa die Leistungs­beurteilung von Wind­kraft­anlagen oder die Beurteilung der Auswirkung zukünftiger Natur­gefahren, noch immer heraus­fordernd und erfordert die Entwicklung neuartiger Algorithmen und nachhaltiger Software.

Viele Anwendungen sind darüber hinaus nicht nur durch eine hohe System­komplexität gekennzeichnet, sondern auch in nach­gelagerte Optimierungs- und Robustheits­frage­stellungen eingebettet. Oft möchte man eine Maschine oder eine Entscheidungs­situation virtuell darstellen, um dadurch effektiv das effizienteste und gleich­zeitig nachhaltigste Design finden zu können. Soll über eine reine simulative Vorhersage hinaus auch rechnerisch optimiert werden, oder sollen Unsicherheiten des berechneten Ergebnisses bestimmt werden, ist man häufig dem sogenannten ‚Fluch der Dimensionalität‘ ausgesetzt. Rechen­zeiten steigen dann explosions­artig an.

Neuartige Hardwarearchitekturen unter­schiedlicher Reife­grade bieten hier viel Potential. Wohin­gegen Exascale Computer allerdings bereits heute genutzt werden können, befinden sich Quantum und Neuromorphe Rechner­architekturen mit Ihrem Versprechen Optimierung und KI zu revolutionieren, noch in den frühen Phasen der Entwicklung. Ungeachtet des technologischen Reife­grades ist es jedoch essentiell bereits jetzt zukunfts­technologie­angepasste Modellierungs- und Simulations­lösungen zu entwickeln, um das Technologie­potential zukünftig voll ausschöpfen zu können.

Erläuterung einer Simulation zur Entwicklung einer barotropen Instabilität im Polarjetstream der Erde.
© MSS, RWTH Erläuterung einer Simulation zur Entwicklung einer barotropen Instabilität im Polarjetstream der Erde.

Im Profilbereich Modeling and Simulation Sciences (MSS) entwickeln wir entlang des gesamten Spektrums hybride, innovative Modellierungs- und Simulations­methoden, welche in der Lage sind auch in Zukunft mit den ständig wachsenden Anforderungen moderner Anwendungen in Natur und Ingenieur­wissenschaften Schritt zu halten.

Der Profilbereich bündelt die Kompetenzen der RWTH Aachen an der Schnitt­stelle zwischen Ingenieur­wissenschaften, Mathematik und den Informations­technologien.

Untersuchung der Auswirkung von netztopologischen Maßnahmen und Demand Side Management Prozessen auf die Knotenpunktpreise im europäischen Stromsystem.
© IAW, RWTH Untersuchung der Auswirkung von netztopologischen Maßnahmen und Demand Side Management Prozessen auf die Knotenpunktpreise im europäischen Stromsystem.

Ebenso im Fokus des Profilbereichs MSS stehen maschinelles Lernen, das – egal ob in der künstlichen Intelligenz oder beim autonomen Fahren – immer wichtiger wird, sowie das Hoch- und Höchstleistungs­rechnen (HPC), das aus kaum einer wissenschaftlichen Disziplin wegzudenken ist.

Mit „CLAIX“ hat die RWTH Aachen einen der leistungsstärksten universitären HPC-Systeme in Deutschland. Außerdem wird im Profil­bereich MSS an der Weiter­entwicklung des Quantum Computing für unter­schiedliche Anwendungen wie die Chemie, Physik und die Ingenieur­wissenschaften geforscht und Initiativen zur nachhaltigen Software-Entwicklung geschaffen.

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