02.11.2026
Das neue Modul baut direkt auf dem Erfolg der ersten Projektphase, insbesondere auf dem Modul Faster auf. Dieses hat unter anderem erstmals Erdsystemsimulationen mit einer Auflösung von 1 Kilometer ermöglicht. Hail Mary geht einen entscheidenden Schritt weiter: Es zielt darauf ab, mit dem ICON-Modell Simulationen mit einer weit höheren globalen Auflösung - von bis zu 150 Metern - zu ermöglichen. Das ist eine enorme technische Herausforderung und ein wichtiger Schritt, um seit langem offene wissenschaftliche Fragen zur Reaktion von Wolken auf die globale Erwärmung und Veränderungen der Aerosolbelastung beantworten zu können.
Abbbildung 1: Die Visualisierung zeigt außerhalb des Kreises die Topographie des Modells ICON R2B11. Mit 1,25 km ist das die bisher höchste globale horizontale Auflösung, die mit einem Erdsystemmodell erreicht wurde. In dem Teilprojekt "Hail Mary" von WarmWorld2 wird eine globale Auflösung von 150 m angestrebt (zur Veranschaulichung innerhalb des Kreises abgebildet). Der Kartenausschnitt zeigt den Rheintalgraben von Süden aus gesehen mit Blick nach Norden; vorne im Kreis im Rheintal ist der Kaiserstuhl zu sehen.
Zentrale Aufgaben, um dieses Ziel zu erreichen, sind die Verbesserung der Performance-Portabilität und der Effizienz im Speicherverbrauch. Der bisherige Code ist in Fortran geschrieben und nutzt OpenACC Direktiven für das GPU-Offloading. Eingeschränkte Compiler-Unterstützung dafür bedeutet aber, dass das Modell nicht auf allen Hardware-Architekturen ausgeführt werden kann. Daher werden in Hail Mary wesentliche Teile des Modells in C++ unter Nutzung der Portabilitätsbibliothek Kokkos umgeschrieben werden.
Um Modellkonfigurationen in solch hohen Auflösungen überhaupt in den Speicher von Supercomputern laden zu können, muss dieser wesentlich effizienter genutzt werden. Ein wesentlicher Beitrag dazu ist die Umstellung der Datenstrukturen und Berechnungen des Modells, wo numerisch vertretbar, von doppelter (64 Bit) auf einfache Gleitkommagenauigkeit (32 Bit). Zudem wird die im Vorgängermodul Faster entwickelte Memory-Manager-Bibliothek erweitert und zur Optimierung der Speichereffizienz eingesetzt.
Zusätzlich wird eine neue Bibliothek für die Gitter-Infrastruktur des Modells entwickelt mit dem Ziel, die Software übersichtlicher, leichter wartbar und einfacher erweiterbar zu machen und extrem hoch-aufgelöste Gitter zu unterstützen. Außerdem werden die Build- und Testinfrastruktur des Modells weiterentwickelt, um sie nutzerfreundlicher zu machen und damit auch die Entwicklung des ICON-Modells hin zu „Open Development“ zu unterstützen.
Die geplanten Entwicklungen am ICON-Modell sind notwendige Anpassungen, um zukünftige ambitionierte wissenschaftliche Experimente zu ermöglichen. Davon werden auch die weiteren Module der zweiten Projektphase von WarmWorld – „Run Baby Run” und „Go with the Flow” – profitieren. Die beiden weiteren Module werden ab Frühjahr 2027 starten, sodass das gesamte WarmWorld-Projekt weitere drei Jahre Spitzenforschung vor sich hat.
Förderkennzeichen: 01LK2203A1