Gesellschaftlichen Herausforderungen mit modernster Informationstechnologie gerecht werden
Komplexen Herausforderungen muss mit komplexen Lösungen gegenübergetreten werden. Eine Lösung ist der Einsatz von MSO-Methoden, mit denen solche Herausforderungen wie etwa die Vorhersage von Luftverschmutzung und Klimaveränderung, die Verbesserung eines Filtrationsvorgangs für Trinkwasser sowie die Optimierung von Verfahren für die intensitätsmodulierte Strahlentherapie erfolgreich gemeistert werden konnten. Zum Arbeiten mit diesen äußerst komplexen Methoden werden üblicherweise modernste Tools aus dem Bereich IKT eingesetzt, einschließlich Hochleistungsrechnen und Big Data. MSO-Methoden sind zwar sehr nützlich, aufgrund ihrer Komplexität ist allerdings bei ihrer Anwendung die Unterstützung durch ausgebildete Fachleute notwendig, die nur in sehr geringer Menge zur Verfügung stehen. Einen Beitrag zum Schließen dieser Lücke hat das EU-finanzierte Projekt MSO4SC geleistet, wo eine E-Infrastruktur geschaffen wurde, um den Einsatz von MSO-Methoden zu optimieren. „Unsere Kernidee war, komplexe Softwareelemente, die mathematische Frameworks genannt werden, zusammen mit Hochleistungsrechnen und Cloud-Technologien zu verwenden, um die eingesetzten Ressourcen zu optimieren“, erläutert Projektkoordinator Francisco Javier Nieto De Santos. „Gleichzeitig bieten wir nun Schnittstellen für die Nutzung dieser mathematischen Frameworks an, dank derer der Benutzer keine umfangreichen Kenntnisse über die Technologien benötigt.“ Simulationen vereinfachen Um sicherzustellen, dass die Frameworks am Ende die Anforderungen realer Nutzer erfüllen, beriet sich das Forscherteam des Projekts zunächst mit entsprechenden Interessengruppen – also mit Mathematikern und Benutzern der Pilotanwendung. Über EU-MATHS-IN, einem wichtigen europäischen Netzwerk für den Bereich Angewandte Mathematik, organisierten das Wissenschaftlerteam Workshops sowie ein Mini-Symposium, bei denen Interessengruppen die in Entwicklung befindlichen Frameworks testen und ihre Meinung dazu äußern konnten. Dieser Prozess führte innerhalb von nur 24 Monaten zur Verbesserung von drei mathematischen Frameworks (FEniCS, Feel++ und OPM) und sechs Applikationen, die für verschiedene Bereiche gedacht sind (Prognose von Luftqualität, Auslegung von Windkraftanlagen für saubere Energieerzeugung, Konzeption von Hochfeldmagneten, Erkennung/Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen etc.). Jede(r) einzelne dieser Frameworks und Applikationen wurde an die besonderen Anforderungen des Projekts angepasst. „Wir hatten uns viel vorgenommen und der Druck war immens, aber es ist uns gelungen, uns auf das Wesentliche zu konzentrieren und eine gute E-Infrastruktur zur Verfügung zu stellen, die von Menschen mit unterschiedlichen Interessen und Kenntnisständen benutzt werden kann“, erklärt Nieto De Santos. „Die Lösung, die wir jetzt haben, funktioniert gut und kann mit gutem Gewissen für Demonstrationszwecke eingesetzt werden.“ Alle Frameworks und Applikationen können mithilfe von Containern benutzt werden und stehen für die Ausführung über das MSO4SC-Portal bereit. Laut Nieto De Santos ist dieses Portal, das mit einem Ressourcen-Manager ausgestattet ist, das wichtigste Ergebnis des Projekts. „Das Portal vereinfacht die Ausführung von Simulationen, das bedeutet, dass sich der Endanwender lediglich um die Konfiguration der Dateneingabe kümmern muss und es dann dem Orchestrator überlassen kann, sich mit der Ressourcennutzung auseinanderzusetzen“, sagt er. Pioniere Das Hauptvermächtnis des Projektes ist eine funktionsfähige E-Infrastruktur für Mathematiker und Menschen, die auf mathematischer Simulation beruhende Anwendungen ausführen wollen. Bemerkenswert am Projekt MSO4SC ist allerdings auch, dass es zu den ersten gehört, bei dem eine Kombination aus Hochleistungsrechnen und typischen Cloud-Ressourcen eingesetzt wird, um containerisierte, auf Mathematik basierende Software auszuführen. „Im Bereich des Einsatzes von Containern zusätzlich zum Hochleistungsrechnen sind wir Pioniere“, fügt Nieto De Santos hinzu. „Ich denke, das ist ein wichtiges Modell dafür, wie wir eine vollständig integrierte Europäische Cloud für offene Wissenschaft gestalten können, wo Forscherteams auf jede Form von Ressource auf eine transparente Art und Weise zugreifen können.“ Nun da das Projekt beendet ist, bemüht sich das Wissenschaftlerteam darum, mehr Anwender für das Portal zu begeistern, indem sie vorhandene Applikationen verbessern, neue Funktionen hinzufügen und seine Vorzüge anpreisen.
Schlüsselbegriffe
MSO4SC, Modellierung, Simulation und Optimierung, MSO, Hochleistungsrechnen, Cloud-Technologie, IKT, Mathe, Mathematik
