Data Science & Computing Lab

Das Data Science & Computing Lab (DSC Lab) wurde im September 2020 gegründet und strebt nach wissenschaftlichem Fortschritt und Innovation durch datenbasierte und rechenintensive Methoden. Die Forschung des Labors befasst sich mit wissenschaftlichen Fragen, wobei

• durch Modellierung und Lernen aus Daten zusätzliche Einsichten und Verständnis für komplexe Phänomene gewonnen werden können
• hochmoderne parallele Algorithmen und Hochleistungsrechnen (HPC) die effiziente Simulation sehr detaillierter und hochauflösender numerischer Modelle ermöglichen, um wissenschaftliche Entdeckungen in Bereichen voranzutreiben, die ohne Simulationen nur schwer oder gar nicht zugänglich sind.

Mit seiner Kompetenz in Data Science und HPC sowie seinen Hardware-Ressourcen unterstützt das DSC Lab alle rechenintensiven Forschungsaktivitäten am Institut für Mathematik und computergestützte Simulation und fördert den Transfer von Forschungsergebnissen in Anwendungscodes unserer akademischen und industriellen Partner.

HPC Hardware

Für kleine bis mittelgroße Simulationen betreiben wir einen Hochleistungsrechner (Linux-Cluster) für parallele Berechnungen. Die wichtigsten technischen Spezifikationen unseres Clusters sind:

• Linux-Cluster aus Rechenknoten mit Multicore-CPUs
• 480 Kerne in 20 Intel Xeon Skylake-SP Knoten (2x12 Kerne, AVX512), 16x 196 GB DDR4 RAM pro Knoten & 4x 768 GB DDR4 RAM pro Knoten
• 832 Kerne in 16 Intel Xeon Cascadelake Knoten (2x26 Kerne, AVX512), 4x 384 GB DDR4 Ram pro Knoten
• Melllanox-Infiniband-Netzwerk
• Rack mit integrierter Wasserkühlung

Zusätzlich betreiben wir auch ein Netzwerk von Multicore-Testmaschinen zur Unterstützung der CI/CD-Softwareentwicklung am IMCS.

HPC Software

Das DSC Lab beteiligt sich aktiv an der Entwicklung mehrerer paralleler Forschungscodes, Open-Source-Bibliotheken und Softwareumgebungen für wissenschaftliches Rechnen:

• Baci: Baci ist ein interdisziplinäres Software-Projekt für massiv parallele Simulationen von gekoppelten Multiphysik-Phänomenen. Es ermöglicht die Analyse von Problemen der Festkörperdynamik, inkompressibler Strömungen, Konvektion-Diffusion-Reaktions-Systeme und Photoakustik sowie deren Wechselwirkungen. Spezialisierte Modelle reduzierter Ordnung für kardiovaskuläre Anwendungen sowie Fähigkeiten zur inversen Analyse, Optimierung und Unsicherheitsquantifizierung ergänzen seine Fähigkeiten (in Zusammenarbeit mit LnM@TUM, IMCS@UniBwM und HZG).

• Trilinos: Das Trilinos Project ist ein Open-Source-Projekt zur Entwicklung von Algorithmen und Basistechnologien innerhalb eines objektorientierten Software-Frameworks für die Lösung großer, komplexer ingenieurwissenschaftlicher und wissenschaftlicher Probleme mit einer Vielzahl physikalischer Phänomene und Interaktionen.

• MueLu - Mehrgitter-Löser der nächsten Generation innerhalb von Trilinos: MueLu ist eine flexible und skalierbare Hochleistungs-Multigrid-Lösungsbibliothek. Sie bietet eine Vielzahl von Mehrgitteralgorithmen für Probleme, die von Poisson-ähnlichen Operatoren über Elastizität, Konvektions-Diffusion und Navier-Stokes bis hin zu den Maxwell-Gleichungen reichen.
• Spack: der flexible Paketmanager für HPC, Linux und MacOS

Lehre

Das DSC Lab beteiligt sich an der Lehre in den B.Sc.- und M.Sc.-Studiengängen wie "Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften" oder "Mathematische Ingenieurwissenschaften". Das DSC Lab trägt dabei zu folgenden Kursen bei:

• Einführung in die Programmierung
• Numerische Methoden für Bauingenieure
• Einführung in die Finite-Elemente-Methode (FEM)
• Nichtlineare FEM
• Modellierung von Unsicherheiten und Daten

Darüber hinaus unterstützt das DSC Lab studentische Abschlussarbeiten durch akademische Beratung sowie Zugang zu Software und Computing-Hardware.

Partner in der Industrie

Das DSC Lab kooperiert mit ausgewählten Industriepartnern in einer Reihe von Forschungsprojekten und Aktivitäten zum Technologietransfer ("von der Forschung in die Anwendung"). Im Rahmen dieser Projekte profitieren unsere Industriepartner nicht nur von der gebündelten Expertise des Labors in der Softwareentwicklung, Data Science und dem wissenschaftlichen Rechnen, sondern auch von der exzellenten technischen Ausstattung. Werfen Sie einen Blick auf unsere Liste der aktuellen und früheren Industriepartner sowie auf die Möglichkeiten der Zusammenarbeit!