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Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat am 7. Mai 2021 das Programm „Hoch- und Höchstleistungsrechnen für das digitale Zeitalter – Forschung und Investitionen zum High-Performance-Computing“ veröffentlicht. Das Programm beschreibt den strategischen Rahmen für das künftige Hoch- und Höchstleistungsrechnen in Deutschland. |
Heute übernehmen Simulationen vielfältige Funktionen im Forschungs- und Entwicklungsprozess sowie in der industriellen Anwendung. Modellierungsverfahren und Simulationsmethoden mit Höchstleistungsrechnern entwickeln sich neben der Theoriebildung und dem Experiment zum entscheidenden Faktor für eine international wettbewerbsfähige Forschung in Wissenschaft und Wirtschaft. Für Wirtschaft, Technik und den Erhalt unserer Lebensgrundlagen ist die Nutzung des Hoch- und Höchstleistungsrechnens (HPC) und seiner technischen Konzepte daher von strukturell entscheidender Bedeutung. Die Steigerung von Effizienz, Qualität und Zuverlässigkeit der mit Hoch- und Höchstleistungsrechnern erzielbaren Simulationen sowie die Reduktion des Energieverbrauchs hängen dabei nicht nur von der zu Grunde liegenden Hardware ab. Es kommt vielmehr auch darauf an, mit Hilfe intelligenter Software mehr Leistung aus der vorhandenen und sich ständig weiter entwickelnden Hardware zu erzielen. Durch die Optimierung der Software werden höhere Präzision, Visualisierungsqualität und Geschwindigkeit möglich. Damit liefern solche Simulationen die von Wissenschaft und Wirtschaft z. B. in den Bereichen Klimaschutz, Energie, Gesundheit und Produktentwicklung benötigten Modelle immer schneller und realitätsnaher.
Mit den wachsenden Anforderungen der Modellbildung sowie mit der Leistungsfähigkeit der Rechnerplattformen müssen der Algorithmenentwurf, die programmtechnische Umsetzung sowie die gesamte Software-Infrastruktur unabdingbar Schritt halten. Diese wurden und werden maßgeblich durch Multicore-Architekturen und Beschleuniger-Technologien geprägt. Daraus ergibt sich für die Software die Herausforderung, dass die derzeit vorherrschenden sequentiellen bzw. parallelen Programmiermethoden zu einer Verbindung aus parallelen und verteilten Programmiertechniken erweitert werden müssen Die Entwickler von Algorithmen und Modellen, für Simulationssoftware und Betriebssysteme, Laufzeitumgebungen und Datenmanagementsystemen stehen damit vor ganz neuen Aufgaben. Um diese Systeme effizient zum Einsatz zu bringen, sind erweiterte und zum Teil auch vollständig neue Ansätze im Bereich der Software auf skalierbaren Hoch- und Höchstleistungsrechnern zu realisieren.
Erst der Einsatz modernster Algorithmen und sowohl mathematischer als auch programmiertechnischer Methoden des Wissenschaftlichen Rechnens – einhergehend mit der effektiven betriebstechnischen Umsetzung auf modernen Hoch- und Höchstleistungsrechnern – wird die effiziente Lösung der komplexen Aufgabenstellungen ermöglichen. Für diese neue Komplexitätsklasse ist die interdisziplinäre 
Zusammenarbeit der Experten aus dem entsprechenden Anwendungsgebiet, der Mathematik und der Informatik unabdingbar.
