So tun als ob - mit dem Supercomputer in die Zukunft schauen Prof. Sabine Roller Lehrstuhl Simulationstechnik & Wiss. Rechnen (STS) Zentrum für Inforamations- und Medientechnologie (ZIMT) Kinderuni 24. März 2015 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 1
Mit dem Computer in die Zukunft schauen Simulationen am Computer Warum überhaupt, wo überall, was geht damit? Beispiele Was steckt dahinter? Ein Abbild der Wirklichkeit Regeln und Mathe Was brauch ich dafür? Computer und Supercomputer Was rauskommt Was haben wir gelernt? 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 2
Was sind Simulationen? 3 24.03.15
Experimente sind oft... 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 4
, aber die Theorie reicht oft auch nicht. Denkst du das funk3oniert? Theore3sch schon. Theorie, Experiment und Simulation sind 3 Säulen, um etwas zu untersuchen und zu verstehen 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 5
Beispiele Was hört man im Dorf vom Windrad? 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 6
Simulationstechnik & Blutströmung im Gehirn Simulation: Kartik Jain, STS 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 7
Trinkwasser-Knappheit Viele Menschen auf der Welt haben nicht genug zu trinken Wasser wäre oft da, aber nicht trinkbar z.b. Meerwasser 22.04.15 Lecture 17: HISEEM - Kannan Masilamani 8
Simulationstechnik & Meerwasserentsalzung Pumpen Vorbehandeln Entsalzung Nachbehandlung Trinkwasser Meerwasser Energie 22.04.15 Lecture 17: HISEEM - Kannan Masilamani 9
Simulationstechnik & Worum es geht Erdgas-Einspritzung Meerwasserentsalzung Forschung: 24.03.15 Laser-Schneiden Verstehen, Schalldämpfer was im Inneren passiert Damit man es danach verbessern kann Kinderuni, 24. März 2015 10
Mit dem Computer in die Zukunft schauen Simulationen am Computer Warum überhaupt, wo überall, was geht damit? Beispiele Was steckt dahinter? Ein Abbild der Wirklichkeit Regeln und Mathe Was brauch ich dafür? Computer und Supercomputer Was rauskommt Was haben wir gelernt? 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 11
Modell: Ein Abbild der Wirklichkeit l m F 1 F G Physikalischer Vorgang, in den zahlreiche Parameter einfließen, z.b. Gewicht und Form des/der Schaukelnden Materialeigenschaften der Schaukel Aufhängung der Schaukel Idealisiertes Modell: so einfach wie möglich so realitätsnah wie nötig immer unter Berücksichtigung der Zielstellung (hier Nachbildung der Position der Schaukel) 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 12
Regeln, Formeln, Mathe,... Zum Vorhersagen brauche ich Regeln: Max ist 2 Jahre älter als Laura: Max = Laura + 2 Laura = Max - 2 Sobald ich weiß, wie alt Laura ist, kann ich sagen, wie alt Max ist Das gilt heute, aber auch wenn sie 70 sind Ich kann vorhersagen, wie alt Max sein wird, wenn Laura 70 ist Ich kann vorhersagen, wie alt Laura ist, wenn Max 70 ist 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 13
Regeln für mehrere Abhängige Anzahl Schneehasen, Anzahl Luchse in Kanada http://www.gkgbs.ch/unterricht/schwerpunktfacher/physik-und-anwendungen-der-mathematik 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 14
Abbild der Wirklichkeit, Teil 2 Modell am Computer 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 15
Ein Abbild der Wirklichkeit, Teil 3 Modell am Computer Diskretisierung: lauter kleine Würfelchen Und davon ganz viele, Millionen bis Milliarden 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 16
Mit dem Computer in die Zukunft schauen Simulationen am Computer Warum überhaupt, wo überall, was geht damit? Beispiele Was steckt dahinter? Ein Abbild der Wirklichkeit Regeln und Mathe Was brauch ich dafür? Computer und Supercomputer Was rauskommt Was haben wir gelernt? 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 17
Computer Computer waren mal Menschen! "Computer" war eine Berufsbezeichnung für Menschen, die Berechnungen durchgeführt haben. Computer waren Leute, die etwa für Astronomen sehr komplizierte und langwierige Berechnungen durchführten. Später nannte man die Arbeiter, die die mechanischen Rechenmaschinen bedienten, Computer. Heute bezeichnet man mit dem Wort eine Maschine, die mit Hilfe einer Vorschrift - eines Programms - Daten verarbeitet. 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 18
Woraus ein Computer besteht Prozessor Steuerungs- einheit Rechen- einheit Eingabe/ Ausgabe Arbeitsspeicher 22.04.15 Lecture 15 19
Woraus ein Computer besteht Prozessor Eingabe/ Ausgabe Arbeits- speicher 22.04.15 Lecture 15 20
Supercomputer 3 Supercomputing-Zentren in Deutschland: HLRS in Stuttgart LRZ in Garching bei München JSC am Forschungszentrum Jülich 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 21
Parallelverarbeitung 24.03.15 Kinderuni, 24. 22 März 2015
24.03.15 Kinderuni, 24. 23 März 2015
Eine Anwendung: Freistrahl-Einströmung WSSP 2015, Sendai Enabling Engineering on Exascale 24
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Mit dem Computer in die Zukunft schauen Simulationen am Computer Warum überhaupt, wo überall, was geht damit? Beispiele Was steckt dahinter? Ein Abbild der Wirklichkeit Regeln und Mathe Was brauch ich dafür? Computer und Supercomputer Was rauskommt Was haben wir gelernt? 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 26
Was haben wir gelernt? Simulation / Simulieren heißt so tun als ob Wir bauen die Realität im Computer nach, damit wir dann ausprobieren können, was wäre wenn g Simulation = Experiment im Computer Damit wir das können brauchen wir Regeln und Gesetze g Mathematik Außerdem brauchen wir Computer und davon viele und große Dann können wir am Computer experimentieren und schauen, was passiert, wenn wir etwas verändern Damit können wir Vorhersagen machen 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 27
Beispiel: Strömungssimulator RWTH Visualisierungs-Tool für Strömungssimulationen entwickelt von Herrn Dipl.-Inf. David Bommes, Lehrstuhl für Informatik VIII, RWTH Aachen 24.03.15 Kinderuni, 24. März 2015 28