Das WarmWorld-Projekt läuft auf Hochtouren

Das bedeutet, dass das Modell schneller, besser und einfacher zu betreiben sein wird – und das unabhängig von der Recheninfrastruktur. Ziel ist es, globale ozeanische und atmosphärische gekoppelte Zirkulationssysteme auf Kilometerskalen aufzulösen. Damit reiht sich WarmWorld in die Bemühungen anderer Projekte ein, die die nächste Generation von Klimamodellen entwickeln und die Erdsystemforschung mit den Fortschritten in der Rechnertechnologie in Einklang bringen: nextGEMS, DestinE, EERIE, ACROSS.

Bisher waren globale Klimamodelle nur in der Lage, Simulationen mit einer Auflösung von 50 bis 100 km durchzuführen. Mit erhöhter Auflösung können viele kleinräumige Prozesse – vor allem in Wolken, aber auch im Ozean – mit physikalischen Gesetzen beschrieben oder mit besseren Ansätzen als bisher parametrisiert werden. Dies wird zu einer deutlichen Verringerung der Unsicherheiten der Modellergebnisse und zu zuverlässigeren regionalen Klimaprojektionen führen. Diese sind für Behörden, Kommunen und Unternehmen wichtig, um fundierte Entscheidungen zur Abschwächung des Klimawandels oder zur Anpassung an ihn zu treffen. Die Erreichung dieses Ziels ist mit erheblichen technischen Herausforderungen verbunden. Insbesondere muss das Modell die neuen Möglichkeiten des Hochleistungsrechnens (Exascale-Computing) effizient ausnutzen.

Die WarmWorld-Arbeiten begannen mit einem Vorprojekt, preWarmWorld, in dem das ICON-Modell technisch analysiert und bewertet wurde, um die Erfordernisse für die Neugestaltung des Modells zu definieren. Die Neugestaltung zielt darauf ab, dass ICON Fähigkeiten im Kilometermaßstab erreicht und auf verschiedene Hochleistungscomputersysteme übertragen werden kann. Die derzeitigen Arbeiten sind als zweistufiger Prozess geplant. Phase 1 wird sich auf die technische Entwicklung konzentrieren und die gegenwärtigen technischen Hindernisse für die Operationalisierung von Erdsystemmodellen im Kilometermaßstab überwinden. Prototypen für algorithmische Verbesserungen der wichtigsten Teilsysteme sollen die Leistung verbessern und die Arbeitsabläufe vereinfachen. Die zweite Phase ist die Anwendungsphase, in der die Integration der Informationssysteme um Anwendungen ausgeweitet wird und somit um die menschliche Dimension erweitert wird.

Das Projekt ist in verschiedene Module unterteilt: Faster, Better, Easier, Smarter. Das Faster-Modul von WarmWorld baut direkt auf den Ergebnissen von preWarmWorld auf und revolutioniert die ICON-Codebasis zu einem offenen, skalierbaren, modularisierten und flexiblen Code, der ICON im Wesentlichen schneller (engl. faster) macht. Dies war das erste Modul, das im September 2022 begann.

Jetzt im März 2023 starten die Module Better und Easier. WarmWorld Better wird die Entwicklung der Modellkonfigurationen verfeinern und testen sowie die kritischen ICON-Modellkomponenten feinabstimmen, um ausgewogene dekadische Simulationen im Kilometermaßstab für die WarmWorld-Anwendungsphase bereitzustellen. In diesem Modul werden auch neue Methoden zur Verbesserung von ICON in Phase 2 prototypisiert und getestet, wobei Projekte konzipiert und mit Anwendungen verknüpft werden.

Die Umgestaltung des ICON-Codes und der Konfiguration wird von einer Umgestaltung der Informationen begleitet. Das Modul Easier hat die Aufgabe, die Informationen sichtbar, zugänglich und interoperabel zu machen. Letztendlich wird das Modul einen datenzentrierten ICON-Workflow zur Verwaltung der Exascale-Datenströme vorbereiten, einen harmonisierten Zugang zu den Simulationssystemen und dem Output einrichten, sowie Prototypen für Exascale-Analyse-Workflows erstellen, die die Analyse von der Informationsquelle abstrahieren.

Das vierte Modul von WarmWorld, Smarter, ruft zur Einreichung von Projektvorschlägen u. a. aus den Bereichen angewandte Mathematik und Informatik auf. Diese Projekte können sich beispielsweise mit Datenkompression, Simulationsbeschleunigung und In-Situ-Analyse sowie anderen neuartigen Techniken befassen, die ICON und seine Ergebnisse besser, schneller und einfacher nutzbar machen.