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Computational Science and Engineering: Forschen am Computer

Was man per Hand nicht ausrechnen kann, untersucht man heute mit Computersimulationen. Die TU Wien ist auf diesem Gebiet sehr erfolgreich.

der VSC, Österreichs leistungsfähigster Supercomputer.

Der VSC Supercomputer

Der Forschungsschwerpunkt "Computational Science and Engineering" braucht auch entsprechende Infrastruktur - eine wichtige Rolle spielt der VSC, Österreichs leistungsfähigster Supercomputer.

Der Forschungsschwerpunkt "Computational Science and Engineering" braucht auch entsprechende Infrastruktur - eine wichtige Rolle spielt der VSC, Österreichs leistungsfähigster Supercomputer.

Grafik zeigt: Das Gesamtvolumen der Forschungsprojekte im Forschungsschwerpunkt "Computational Science and Engineering" ist seit 2010 angestiegen.

Projektvolumen

Das Gesamtvolumen der Forschungsprojekte im Forschungsschwerpunkt "Computational Science and Engineering" ist seit 2010 angestiegen.

Das Gesamtvolumen der Forschungsprojekte im Forschungsschwerpunkt "Computational Science and Engineering" ist seit 2010 angestiegen.

Grafik zeigt: Die Anzahl der wissenschaflichen Publikationen bleibt auf hohem Niveau.

Publikationen

Die Anzahl der wissenschaflichen Publikationen bleibt auf hohem Niveau.

Die Anzahl der wissenschaflichen Publikationen bleibt auf hohem Niveau.

Grafik zeigt: Die Projektanzahl nimmt ab – der Trend geht dafür zu größeren Projekten.

Projektanzahl

Die Projektanzahl nimmt ab – der Trend geht dafür zu größeren Projekten.

Die Projektanzahl nimmt ab – der Trend geht dafür zu größeren Projekten.

„Computational Science and Engineering“ ist einer der fünf Forschungsschwerpunkte der TU Wien. Es handelt sich um einen facettenreichen Forschungsschwerpunkt, mit Projekten an allen Fakultäten.

Ein drittes Standbein für die Wissenschaft

Lange Zeit konnte man die Forschung in zwei unterschiedliche Bereiche einteilen: Theoretische Forschung, in der man die Welt mit Formeln und Naturgesetzen zu beschreiben versucht, und experimentelle Forschung, in der man die Vorhersagen der Theorien überprüft und neue Naturphänomene entdeckt. Doch dann kam ein dritter Bereich dazu: Die computergestützte Forschung. Viele wissenschaftliche Fragen sind so komplex, dass man sie mit Papier und Bleistift unmöglich beantworten kann. Oft lassen sich solche komplexen Systeme auch im Experiment nicht ausreichend gut untersuchen. Moderne Computertechnik bietet die Chance, solche Systeme präzise zu simulieren und dadurch völlig neue Einblicke zu erhalten.

Solche Computersimulationen verwendet man heute in unterschiedlichsten Fachdisziplinen, an der TU Wien werden sie zum Forschungsfeld „Modeling and Simulation“ gezählt. Es ist das inhaltlich wohl vielfältigste Teilgebiet dieses Forschungsschwerpunkts und gleichzeitig das größte Forschungsfeld in Hinblick auf Publikationen, Anzahl der Forschungsprojekte und Fördervolumen.

Eine zentrale Rolle für diese Forschungsprojekte spielt der Supercomputer VSC, der an der TU Wien angesiedelt ist und von mehreren Universitäten gemeinsam genutzt wird. Er liefert die gewaltige Rechenleistung, die heute benötigt wird, um in der internationalen Spitzenforschung erfolgreich zu sein.

Grundlagenforschung für bessere Computersimulationen

Wenn man naturwissenschaftliche Fragen effizient und zuverlässig beantworten will, braucht man allerdings auch computerwissenschaftliche Grundlagenforschung, daher überwiegt in diesem Forschungsschwerpunkt deren Anteil: In den Forschungsfeldern „Computer Science Foundations“, „Mathematical and Algorithmic Foundations“ und „Computational Systems Design“ werden grundlegende Methoden entwickelt, um Computerverfahren zu verbessern – auf Ebene von Software, Hardware und Systemdesign.

Darüber hinaus gehören zum Forschungsschwerpunkt auch noch weitere Forschungsfelder, die inhaltlich spezialisierter sind: In „Computational Fluid Dynamics“ wird das Strömungsverhalten von Flüssigkeiten und Gasen analysiert – eine Aufgabe, die traditionell zu den rechnerisch kompliziertesten Problemen der Naturwissenschaft gezählt wird. Bei „Computational Materials Science“ werden Algorithmen entwickelt und angewandt, mit denen man die Eigenschaften von Materialen auf atomarer Ebene berechnen, erklären und verbessern kann. Materialwissenschaft, Quantentheorie und Computational Science fügen sich hier zu einem neuen, innovativen Querschnittsgebiet, in dem die TU Wien (teilweise in Kooperation mit nationalen und internationalen Forschungspartnern) beachtliche Erfolge vorzuweisen hat.

Hochdotierte Projekte

Die Erfolge des Forschungsschwerpunktes „Computational Science and Engineering“ lassen sich an hochdotierten Forschungsförderungen ablesen – etwa an SFB-Projekten des Wissenschaftsfonds FWF, an Christian-Doppler-Labors oder an COMET-Projekten der Forschungsförderungsgesellschaft FFG. Auch das Projektvolumen ist seit 2010 deutlich gestiegen – interessanterweise bei einem Rückgang der Projektanzahl, man erkennt also einen Trend zu größeren, höher dotierten Forschungsprojekten. Weiters entstehen derzeit über 200 wissenschaftliche SCI-Publikationen pro Jahr in diesem Forschungsschwerpunkt.

Laufendes Monitoring

Die Entwicklung der TUW Forschungsmatrix wird laufend analysiert und die dabei gewonnen Erkenntnisse im Zuge der Entwicklungsplanung diskutiert. Im Rahmen dieses kontinuierlichen Profilbildungsprozesses wurde sichtbar, dass die Aktivitäten innerhalb des kleinsten Forschungsfelds des Schwerpunkts, „Risk Based Design“, über die Jahre rückläufig waren, weil sich der Fokus der Projekte und Publikationen enger zu anderen Forschungsfelder verlagert hat. Aus diesem Grund wurde dieses Forschungsfeld im aktuellen Entwicklungsplan aufgelassen.