Press

 

Technisch Weekblad over kick-off DCSE

 

read more

TU Delft opent nieuw wiskunde-instituut
Grote wiskunde aan de TU Delft

 

Christian Jongeneel | dinsdag 30 mei 2017
Beleid & BedrijfsvoeringWiskunde & Fysica

‘Computational Science & Engineering vormt de grondslag voor de moderne wetenschap. Het is de lijm die alles bijeenhoudt. Big Math noemen we onszelf.'

'Dat leidde aanvankelijk tot wat gemopper bij onze wiskundige collega’s op Stanford. Wat zijn wij dan? Little Math? Maar ja, daar komt het toch een beetje op neer. Wij zijn de mensen van het hele grote rekenwerk. Er is bijna geen vakgebied meer denkbaar zonder. Iedereen die bij Stanford afstudeert moet in staat zijn met data om te gaan.’

Het wiel niet opnieuw uitvinden

Margot Gerritsen, directeur van het Institute for Computational and Mathematical Engineering (ICME) van Stanford University, laat er geen twijfel over bestaan: kennis van rekenmethoden is essentieel voor ingenieurs. Gerritsen was vorige week in Delft, waar ze ooit studeerde, voor een symposium ter gelegenheid van de oprichting van een lokaal zusterinstituut, het TU Delft Institute for Computational Science and Engineering (DCSE).

De gedachte achter dit instituut is dat bijna alle Delftse faculteiten rekenmethoden ontwikkelen en dat zij daarom van elkaar kunnen leren door hun krachten te bundelen. Kees Vuik, directeur van het nieuwe instituut: ‘We moeten de kennis van de faculteiten hergebruiken, voorkomen dat mensen telkens opnieuw het wiel uitvinden. Bovendien moeten we op zoek naar nieuwe methodes, want met conventionele hardware en bekende algoritmes gaan we niet meer sneller.’

Een voor de hand liggend toepassingsgebied is vloeistof- en aerodynamica, die in vele vakgebieden een rol speelt en daar vergelijkbare vragen opwerpt. Stefan Hickel, hoogleraar vloeistof­dynamica in Delft en München: ‘Vliegtuigontwerp, bijvoorbeeld, wordt op dit moment ernstig gehinderd doordat turbulentie moeilijk te simuleren valt. Ook voor efficiënte menging van brandstof en zuurstof in motoren, of het voorspellen van de geluidsproductie van windmolens, is meer inzicht in turbulentie nodig. Een van de grootste uitdagingen waar we daarbij op stuiten is dat de algoritmes de ontwikkelingen in de hardware niet kunnen bijhouden.’

Rekenuitdagingen

Een vergelijkbaar probleem werd aangekaart door Henk Prins, r&d-manager bij MARIN. De uitdaging daar is om schepen te simuleren waarbij de schaalgrootte enerzijds in de honderden meters ligt voor berekeningen aan golven, terwijl voor de efficiëntie van de schroef effecten in de orde van centimeters aan de orde zijn. Zie dat allemaal maar eens in één rekenmodel te stoppen. Dat zijn enorme rasters van niet-lineaire vergelijkingen. Momenteel kost het werkelijk doorrekenen vele weken. En die tijd is er niet. Dus is MARIN gebonden aan benaderingen en schaalproeven.

 

‘Hier ligt een grote rekenuitdaging, omdat je niet eindeloos kunt parallelliseren’, legde Prins uit. ‘Dan verlies je namelijk de communicatie tussen de punten van het raster. Opschalen boven de 500 rekenkernen is lastig. Het meeste academische onderzoek op dit vlak is momenteel buiten onze scope. Daar hopen we samen met DCSE iets aan te kunnen doen.’

Andere vakgebieden die zich bij DCSE aansluiten zijn onder meer materialen, chemie, medische technologie en zelfs kwantumcomputers. Onderzoeker Anton Akhmatov: ‘Bij de implementatie van een kwantumcomputer komen ingewikkelde niet-lineaire vergelijkingen kijken. Daar zijn dus simulaties voor nodig.’

Programmeren een must

Het nieuwe instituut komt uiteraard niet uit de lucht vallen. Al meer dan tien jaar werkt Vuik vanuit zijn rekenkundige discipline samen met onderzoekers in de diverse toepassingsgebieden. Ook zijn er onderwijs­programma’s. In de nieuwe opzet verdubbelt het aantal deelnemende groepen echter naar veertig. ‘Bovendien is er een verschil tussen de mensen en de kennis in huis hebben, en een gemeenschap vormen’, stelt Gerritsen vanuit de ervaring bij ICME. ‘De meerwaarde van een gemeenschap is groot.’

Naast onderzoek wordt onderwijs een belangrijke pijler van DCSE. Nu al wordt een breed scala aan cursussen aangeboden, aan studenten, maar ook aan professionals op de universiteit en in de industrie. ‘Iedere ingenieur moet kunnen programmeren’, benadrukte Vuik. ‘En dan bedoel ik niet dat hij een bepaalde taal moet beheersen, maar dat hij in staat moet zijn om informatie zo te structureren dat ermee te rekenen valt.’