This thesis analysed the QLogic InfiniPath QLE7140 HCA and its onload architecture and compared the results to the Mellanox InfiniHost III Lx HCA which uses an offload architecture. As expected, the QLogic InfiniPath QLE7140 HCA can outperform the Mellanox InfiniHost III Lx HCA in latency and bandwidth terms on our test system in various test scenarios. The benchmarks showed, that sending messages with multiple threads in parallel can increase the bandwidth greatly while bi-directional sends cut the effective bandwidth for one HCA by up to 30%. Different all-reduce algorithms where evaluated and compared with the help of the LogGP model. The comparison showed that new all-reduce algorithms can outperform the ones already implemented in Open MPI for different scenarios. The thesis also demonstrated, that one can implement multicast algorithms for InfiniBand easily by using the RDMA-CM API.

Reactive transport modeling is an important approach to understand water dynamics, mass transport and biogeochemical processes from the hillslope to the catchment scale. It has a wide range of applications in the fields of e.g. water resource management, contaminanted site remediation and geotechnical engineering. To simulate reactive transport processes at a hillslope or larger scales is a challenging task, which involves interactions of complex physical and biogeochemical processes, huge computational expenses as well as difficulties in numerical precision and stability. The primary goal of the work is to develop a practical, accurate and efficient tool to facilitate the simulation techniques for reactive transport problems towards hillslope or larger scales. The first part of the work deals with the simulation of water flow in saturated and unsaturated porous media. The capability and accuracy of different numerical approaches were analyzed and compared by using benchmark tests. The second part of the work introduces the coupling of the scientific software packages OpenGeoSys and IPhreeqc by using a character-string-based interface. The accuracy and computational efficiency of the coupled tool were discussed based on three benchmarks. It shows that OGS#IPhreeqc provides sufficient numerical accuracy to simulate reactive transport problems for both equilibrium and kinetic reactions in variably saturated porous media. The third part of the work describes the algorithm of a parallelization scheme using MPI (Message Passing Interface) grouping concept, which enables a flexible allocation of computational resources for calculating geochemical reaction and the physical processes such as groundwater flow and transport. The parallel performance of the approach was tested by three examples. It shows that the new approach has more advantages than the conventional ones for the calculation of geochemically-dominated problems, especially when only limited benefit can be obtained through parallelization for solving flow or solute transport. The comparison between the character-string-based and the file-based coupling shows, that the former approach produces less computational overhead in a distributed-memory system such as a computing cluster. The last part of the work shows the application of OGS#IPhreeqc for the simulation of the water dynamic and denitrification process in the groundwater aquifer of a study site in Northern Germany. It demonstrates that OGS#IPhreeqc is able to simulate heterogeneous reactive transport problems at a hillslope scale within an acceptable time span. The model results shows the importance of functional zones for natural attenuation process. / Modellierung des reaktiven Stofftranports ist ein wichtiger Ansatz um die Wasserströmung, den Stofftransport und die biogeochemischen Prozesse von der Hang- bis zur Einzugsgebietsskala zu verstehen. Es gibt umfangreiche Anwendungsgebiete, z.B. in der Wasserwirtschaft, Umweltsanierung und Geotechnik. Die Simulation der reaktiven Stofftransportprozesse auf der Hangskala oder auf größeren Maßstäbe ist eine anspruchsvolle Aufgabe, da es sich um die Wechselwirkungen komplexer physikalischer und biogeochemischen Prozesse handelt, die riesigen Berechnungsaufwand sowie numerischen Schwierigkeiten bezogen auf die Genauigkeit und die Stabilität nach sich ziehen. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, ein praktisches, genaues und effizientes Werkzeug zu entwickeln, um die Simulationstechnik für reaktiven Stofftransport auf der Hangskala und auf größeren Skalen zu verbessern. Der erste Teil der Arbeit behandelt die Simulation der Wasserströmung in gesättigten und ungesättigten porösen Medien. Das Anwendungspotential und die Genauigkeit verschiedener numerischer Ansätze wurden mittels einiger Benchmarks analysiert und miteinander verglichen. Der zweite Teil der Arbeit stellt die Kopplung der wissenschaftlichen Softwarepakete OpenGeoSys und IPhreeqc mit einer stringbasierten Schnittstelle dar. Die Genauigkeit und die Recheneffizienz des gekoppelten Tools OGS#IPhreeqc wurden basierend auf drei Benchmark-Tests diskutiert. Das Ergebnis zeigt, dass OGS#IPhreeqc die ausreichende numerische Genauigkeit für die Simulation reaktiven Stofftransports liefert, welcher sich sowohl auf die Gleichgewichtsreaktion als auch auf die kinetische Reaktion in variabel gesättigten porösen Medien beziehen. Der dritte Teil der Arbeit beschreibt zuerst den Algorithmus der Parallelisierung des OGS#IPhreeqc basierend auf dem MPI (Message Passing Interface) Gruppierungskonzept, welcher eine flexible Verteilung der Rechenressourcen für die Berechnung der geochemischen Reaktion und der physikalischen Prozesse wie z.B. Wasserströmung oder Stofftransport ermöglicht. Danach wurde die Leistungsfähigkeit des Algorithmus anhand von drei Beispielen getestet. Es zeigt sich, dass der neue Ansatz Vorteile gegenüber die konventionellen Ansätzen für die Berechnung von geochemisch dominierten Problemen bringt. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn nur eingeschränkter Nutzen aus der Parallelisierung für die Berechnung der Wasserströmung oder des Stofftransportes gezogen werden kann. Der Vergleich zwischen der string- und der dateibasierten Kopplung zeigt, dass die erstere weniger Rechenoverhead in einem verteilten Rechnersystem, wie z.B. Cluster erzeugt. Der letzte Teil der Arbeit zeigt die Anwendung von OGS#IPhreeqc für die Simulation der Wasserdynamik und der Denitrifikation im Grundwasserleiter eines Untersuchungsgebietes in NordDeutschland. Es beweist, dass OGS#IPhreeqc in der Lage ist, reaktiven Stofftransport auf der Hangskala innerhalb akzeptabler Zeitspanne zu simulieren. Die Simulationsergebnisse zeigen die Bedeutung der funktionalen Zonen für die natürlichen Selbstreinigungsprozesse.

- Neue IP-Adressen für DNS-Server - Housing-Konzept für den Trefftz-Bau - Informationsveranstaltung Identitätsmanagement - ZIH präsentiert sich auf der SC16 in Salt Lake City - ZIH-Kolloquium - ZIH-Publikationen - Veranstaltungen

- Wartungsarbeiten am Datennetz - Ablösung dezentraler Nutzerverwaltungen - Wissenswertes zu SharePoint - ZIH im neuen Web-Design - Deutschlandweite Forschungsdaten-Infrastruktur - Erster Cyber Security Day erfolgreich - ZIH-Publikationen - Veranstaltungen

- Aktualisierung Mailinglisten-Dienst - WLAN-Gastzugänge: Neuer Bereitstellungsprozess - Willensbildung und Datenmanagement - ZIH-Kolloquium - Workshop zu Strukturprinzipien indischer Musik - ICC 2016 an der TU Dresden Mitteilung aus dem Medienzentrum - Geschützte Inhalte im WebCMS - ZIH-Publikationen - Veranstaltungen

- Betriebsbereitschaft zum Jahreswechsel 2016/17 - Zentrale Firewall an der TU Dresden - Black-Building-Test im LZR - Neue Generation von digitalen Zertifikaten im DFN - Föderatives Gitlab an der TU Chemnitz - Performance-Engineering-Strukturen für HPC-Zentren - ZIH-Publikationen - Veranstaltungen

- Zentrale Firewall an der TU Dresden - Erweiterte Anzeige des Nutzerprofils im IDM - Erhöhte Sicherheit durch eigenes WLAN-Passwort - Bezug von Microsoft Office über Campus Sachsen - Dresden als Schmiede digitaler Zukunftsindustrien - Energieeffizienz-Meilenstein im LZR erreicht - Codename: Knights Landing (KNL) - ZIH-Kolloquium - ZIH-Publikationen - Veranstaltungen

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The thesis presents a contribution to the analysis and visualization of computational performance based on event traces with a particular focus on parallel programs and High Performance Computing (HPC). Event traces contain detailed information about specified incidents (events) during run-time of programs and allow minute investigation of dynamic program behavior, various performance metrics, and possible causes of performance flaws. Due to long running and highly parallel programs and very fine detail resolutions, event traces can accumulate huge amounts of data which become a challenge for interactive as well as automatic analysis and visualization tools. The thesis proposes a method of exploiting redundancy in the event traces in order to reduce the memory requirements and the computational complexity of event trace analysis. The sources of redundancy are repeated segments of the original program, either through iterative or recursive algorithms or through SPMD-style parallel programs, which produce equal or similar repeated event sequences. The data reduction technique is based on the novel Complete Call Graph (CCG) data structure which allows domain specific data compression for event traces in a combination of lossless and lossy methods. All deviations due to lossy data compression can be controlled by constant bounds. The compression of the CCG data structure is incorporated in the construction process, such that at no point substantial uncompressed parts have to be stored. Experiments with real-world example traces reveal the potential for very high data compression. The results range from factors of 3 to 15 for small scale compression with minimum deviation of the data to factors > 100 for large scale compression with moderate deviation. Based on the CCG data structure, new algorithms for the most common evaluation and analysis methods for event traces are presented, which require no explicit decompression. By avoiding repeated evaluation of formerly redundant event sequences, the computational effort of the new algorithms can be reduced in the same extent as memory consumption. The thesis includes a comprehensive discussion of the state-of-the-art and related work, a detailed presentation of the design of the CCG data structure, an elaborate description of algorithms for construction, compression, and analysis of CCGs, and an extensive experimental validation of all components. / Diese Dissertation stellt einen neuartigen Ansatz für die Analyse und Visualisierung der Berechnungs-Performance vor, der auf dem Ereignis-Tracing basiert und insbesondere auf parallele Programme und das Hochleistungsrechnen (High Performance Computing, HPC) zugeschnitten ist. Ereignis-Traces (Ereignis-Spuren) enthalten detaillierte Informationen über spezifizierte Ereignisse während der Laufzeit eines Programms und erlauben eine sehr genaue Untersuchung des dynamischen Verhaltens, verschiedener Performance-Metriken und potentieller Performance-Probleme. Aufgrund lang laufender und hoch paralleler Anwendungen und dem hohen Detailgrad kann das Ereignis-Tracing sehr große Datenmengen produzieren. Diese stellen ihrerseits eine Herausforderung für interaktive und automatische Analyse- und Visualisierungswerkzeuge dar. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Methode, die Redundanzen in den Ereignis-Traces ausnutzt, um sowohl die Speicheranforderungen als auch die Laufzeitkomplexität der Trace-Analyse zu reduzieren. Die Ursachen für Redundanzen sind wiederholt ausgeführte Programmabschnitte, entweder durch iterative oder rekursive Algorithmen oder durch SPMD-Parallelisierung, die gleiche oder ähnliche Ereignis-Sequenzen erzeugen. Die Datenreduktion basiert auf der neuartigen Datenstruktur der "Vollständigen Aufruf-Graphen" (Complete Call Graph, CCG) und erlaubt eine Kombination von verlustfreier und verlustbehafteter Datenkompression. Dabei können konstante Grenzen für alle Abweichungen durch verlustbehaftete Kompression vorgegeben werden. Die Datenkompression ist in den Aufbau der Datenstruktur integriert, so dass keine umfangreichen unkomprimierten Teile vor der Kompression im Hauptspeicher gehalten werden müssen. Das enorme Kompressionsvermögen des neuen Ansatzes wird anhand einer Reihe von Beispielen aus realen Anwendungsszenarien nachgewiesen. Die dabei erzielten Resultate reichen von Kompressionsfaktoren von 3 bis 5 mit nur minimalen Abweichungen aufgrund der verlustbehafteten Kompression bis zu Faktoren > 100 für hochgradige Kompression. Basierend auf der CCG_Datenstruktur werden außerdem neue Auswertungs- und Analyseverfahren für Ereignis-Traces vorgestellt, die ohne explizite Dekompression auskommen. Damit kann die Laufzeitkomplexität der Analyse im selben Maß gesenkt werden wie der Hauptspeicherbedarf, indem komprimierte Ereignis-Sequenzen nicht mehrmals analysiert werden. Die vorliegende Dissertation enthält eine ausführliche Vorstellung des Stands der Technik und verwandter Arbeiten in diesem Bereich, eine detaillierte Herleitung der neu eingeführten Daten-strukturen, der Konstruktions-, Kompressions- und Analysealgorithmen sowie eine umfangreiche experimentelle Auswertung und Validierung aller Bestandteile.

An der TU Chemnitz haben sich seit über zwei Jahrzehnten die Gebiete der rechnergestützten Wissenschaften (Computational Science) sowie des parallelen und verteilten Hochleistungsrechnens mit zunehmender Verzahnung entwickelt. Die Koordinierung und Bündelung entsprechender Forschungsarbeiten in der Profillinie 6 “Modellierung, Simulation, Hochleistungsrechnen” wird es ermöglichen, im internationalen Wettbewerb des Wissens mitzuhalten.