preDOM -- Domestication of the Coupling Library preCICE

Mehrphysik- und Multi-Code-Systeme stellen eine zunehmend wichtige Klasse von Anwendungen des Hochleistungsrechnens dar. Das Modell besteht typischerweise aus unterschiedlichen, physikalisch gekoppelten Typen von Gleichungen. Beispiele sind Wechselwirkungen zwischen Fluidströmungen und elastischen Deformationen in der Luftfahrt oder medizinischen Anwendungen oder die thermische Kopplung zwischen Strömung und Festkörpern in Kühl- oder Heizsystemen. Solch komplexe Modelle werden mit dem Ziel einer hohen Genauigkeit aufgestellt, was die Sicherstellung dieser Genauigkeit auch in der numerischen Simulation erzwingt. Daher muss die Simulation auf Hochleistungsrechnern ausgeführt werden. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben wir die Bibliothek preCICE entwickelt, die die effiziente, robuste und parallele Kopplung von (Black-Box-)Einphysiklösern ermöglicht. Dieser Ansatz führt zu sehr kurzen Softwareentwicklungszeiten und sehr schnellen Simulationen.preCICE befindet sich im Stadium eines Prototypen und ist mit verschiedenen Community-Codes wie OpenFOAM, Calculix, oder ANSYS Fluent, aber auch mit In-House-Codes mehrerer akademischer Institute gekoppelt. preCICE ist open-source unter der LGPL3 Lizenz. In den letzten Jahren haben die Anfragen, preCICE in wissenschaftlichen Projekten zu nutzen, deutlich zugenommen -- Anfragen von einem Dutzend Instituten in den letzten zwei Jahren. Minimalinvasive Kopplung ist von wachsender Bedeutung für viele Anwendungen. Gegenwärtig ist die Nutzung von preCICE allerdings ohne Unterstützung des Entwicklerteams kaum möglich. Ziel des Projektes ist es, Bestpractices abzuleiten, wie Forschungssoftware für Nicht-Experten nutzbar gemacht werden kann. Dies ist ein ungelöstes Problem nicht nur für preCICE, sondern für akademische Software im Allgemeinen, die typischerweise hochentwickelte moderne Methoden zur Verfügung stellt, die allerdings von der Gemeinschaft aufgrund der mangelhaften Nutzbarkeit nicht voll ausgenutzt werden können. Nachdem der Hauptgrund, mangelnde Zeit für Verbesserungen der Nutzbarkeit durch die Entwicklerteams ist, ist es unser Ziel, Infrastrukturen, Methoden, Empfehlungen und Erfahrungen zur Vefügung zu stellen, die es anderen Teams erlauben, eine gute Nutzbarkeit ihrer Software einfach und in kurzer Zeit zu erreichen. Wir setzen dies anhand einer beispielhaften Studie für die Kopplungsbibliothek preCICE um. Die abgeleiteten Bestpractices können anschließend auch auf andere Software angewendet werden.Die Demokratisierung von Forschungssoftware, d.h. Nutzbarmachung für Nicht-Experten, umfasst mehrere Aspekte, die wir in vier in den Arbeitspaketen zu bearbeitende Unterkategorien gliedern: Infrastruktur (die Software sollte leicht erhältlich und installierbar sein), Nachhaltigkeit (die langfristige Nachhaltigkeit muss garantiert werden), Nutzbarkeit (die Software sollte leicht zu nutzen sein), Außendarstellung (die Software sollte bekannt und vertauenswürdig sein).