Das neue Zentrum des MIT zur Förderung der prädiktiven Simulationsforschung wird sich auf die Exascale-Simulation von Materialien in Hyperschallströmungsumgebungen konzentrieren.

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Zentrum zur Förderung der Forschung auf dem Gebiet der prädiktiven Simulation am MIT Schwarzman College of Computing eingerichtet

Das MIT gehört zu den neun Universitäten, die im Rahmen eines vom DoE geförderten Programms ausgewählt wurden, um wissenschaftsbasierte Modellierung und Simulation sowie Exascale-Computing-Technologien zu unterstützen.

Das Verständnis der Degradation von Materialien in extremen Umgebungen ist ein wissenschaftliches Problem mit bedeutenden technologischen Anwendungen, die von der Raumfahrt bis zur industriellen und nuklearen Sicherheit reichen. Dennoch stellt es eine inhärente Herausforderung dar: Die Forscher können diese Umgebungen im Labor nicht ohne weiteres reproduzieren oder wesentliche Degradationsprozesse in Echtzeit beobachten. Computermodellierung und -simulation sind daher zu unentbehrlichen Werkzeugen geworden, um das Verhalten komplexer Materialien unter einer Reihe anstrengender Bedingungen vorhersagen zu können.

Am MIT zielt eine neue Forschungsanstrengung darauf ab, den Stand der Technik in der prädiktiven Simulation voranzutreiben und neue interdisziplinäre Ausbildungsprogramme für Hochschulabsolventen an der Schnittstelle zwischen Computational Science und Informatik zu gestalten.

Verstärktes Engagement für die Wissenschaften

Das Center for Exascale Simulation of Materials in Extreme Environments (CESMIX) – angesiedelt am Center for Computational Science and Engineering (CCSE) innerhalb des MIT Stephen A. Schwarzman College of Computing – wird Forscher aus den Bereichen numerische Algorithmen und wissenschaftliches Rechnen, Quantenchemie, Materialwissenschaft und Informatik zusammenbringen, um Quanten- und Molekularsimulationen von Materialien mit fortschrittlichen Programmiersprachen, Compiler-Technologien und Software Performance Engineering Tools zu verbinden, unterstützt durch rigorose Ansätze zur statistischen Inferenz und Unsicherheitsquantifizierung.

“Eines der Ziele von CESMIX ist es, eine substanzielle Verbindung zwischen der Informatik und der Computational Science and Engineering herzustellen, was historisch gesehen schwierig war, aber dringend notwendig ist”, sagt Daniel Huttenlocher, Dekan des MIT Schwarzman College of Computing. “Das Zentrum wird auch der Fakultät, den Forschern und den Studenten am MIT die Möglichkeit bieten, intellektuell zu interagieren und eine neue Synthese verschiedener Disziplinen zu schaffen, was für die Mission des Colleges von zentraler Bedeutung ist.

Als Hauptforscher leitet Youssef Marzouk, Professor für Luft- und Raumfahrt und Ko-Direktor des CCSE, das im Januar vom Center of Computational Engineering umbenannt wurde, um sein verstärktes Engagement für die Wissenschaften am MIT widerzuspiegeln. Marzouk, der auch Mitglied des Zentrums für Statistik und Datenwissenschaften ist, stellt fest, dass “CESMIX versucht, zwei Dinge gleichzeitig zu tun. Einerseits wollen wir ein unglaublich herausforderndes Multiskalen-Simulationsproblem lösen, indem wir quantenmechanische Modelle komplexer Materialien nutzen, um eine noch nie dagewesene Genauigkeit im Ingenieurmaßstab zu erreichen. Andererseits wollen wir Werkzeuge schaffen, die die Entwicklung und das ganzheitliche Performance-Engineering des zugehörigen Softwarestapels so einfach wie möglich machen, um Spitzenleistungen auf der kommenden Generation von Exascale-Rechenhardware zu erreichen”.

An dem Projekt beteiligt sind eine interdisziplinäre Kohorte von acht Fakultätsmitgliedern, die als Co-PIs fungieren, sowie Forscher, die mehrere Labors und Abteilungen am MIT umfassen. Die vollständige Liste der Teilnehmer enthält:

Youssef Marzouk, PI, Professor für Luft- und Raumfahrt und Ko-Direktor des CCSE;
Saman Amarasinghe, Co-PI, Professor für Informatik und Ingenieurwesen;
Alan Edelman, Co-PI, Professor für angewandte Mathematik;
Nicolas Hadjiconstantinou, Co-PI, Professor für Maschinenbau und Co-Direktor des CCSE;
Asegun Henry, Co-PI, außerordentlicher Professor für Maschinenbau;
Heather Kulik, Co-PI, außerordentliche Professorin für Chemieingenieurwesen;
Charles Leiserson, Co-PI, Edwin Sibley Webster, Professor für Elektrotechnik;
Jaime Peraire, Co-PI, der H.N. Slater Professor für Luft- und Raumfahrttechnik;
Cuong Nguyen, leitender Forschungswissenschaftler der Luft- und Raumfahrt;
Tao B. Schardl, Forschungswissenschaftler im Labor für Informatik und künstliche Intelligenz; und
Mehdi Pishahang, Forschungswissenschaftler für Maschinenbau.

Das MIT gehörte zu den insgesamt neun Universitäten, die im Rahmen des Predictive Science Academic Alliance Program (PSAAP) III ausgewählt wurden, um ein neues Zentrum zur Unterstützung wissenschaftsbasierter Modellierungs- und Simulations- und Exascale-Computing-Technologien zu gründen. Dies ist das dritte Mal, dass PSAAP-Zentren von der National Nuclear Security Administration (DoE/NNSA) des US-Energieministeriums seit der Einführung des Programms im Jahr 2008 vergeben wurden, und es ist das erste Mal, dass das Institut überhaupt ausgewählt wurde. Das MIT ist eine von nur zwei Institutionen landesweit, die in dieser Runde für die Einrichtung eines Single-Discipline Centers ausgewählt wurden, und wird im Rahmen eines Kooperationsabkommens über fünf Jahre bis zu 9,5 Millionen Dollar an Fördermitteln erhalten.

Vorausschauende prädiktive Simulation

CESMIX wird sich auf die Exaskalensimulation von Materialien in Umgebungen mit Hyperschallströmung konzentrieren. Es wird auch die Entwicklung neuer prädiktiver Simulationen p

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