Stawianie czoła wyzwaniom społecznym z pomocą najnowocześniejszych obliczeń
Złożone wyzwania wymagają złożonych rozwiązań. Jednym z nich jest stosowanie metod MSO, które udowodniły swoją skuteczność w przewidywaniu zanieczyszczeń powietrza i zmiany klimatu, poprawie procesu filtracji wody pitnej oraz optymalizacji radioterapii z modulacją intensywności wiązki. Zazwyczaj te wysoce złożone metody stosuje się w najnowocześniejszych narzędziach ICT, w tym w obliczeniach wielkiej skali (ang. high-performance computing, HPC) i dużych zbiorach danych. Mimo że metody MSO są użyteczne, ich złożoność oznacza, że ich stosowanie wymaga wsparcia wykwalifikowanych ekspertów – ekspertów, których niestety brakuje. Aby wypełnić tę lukę, w ramach finansowanego ze środków UE projektu MSO4SC zbudowano e-infrastrukturę w celu optymalizacji stosowania metod MSO. „Zasadniczo chcieliśmy wykorzystać złożone programy zwane pakietami obliczeń numerycznych, w połączeniu z HPC i technologią chmury obliczeniowej, aby zoptymalizować wykorzystywane zasoby”, mówi koordynator projektu Francisco Javier Nieto De Santos. „Jednocześnie udostępniliśmy interfejsy do korzystania z tych pakietów, które nie wymagają od użytkownika posiadania dużej wiedzy o wykorzystywanych technologiach”. Upraszczanie symulacji Aby zapewnić, by finalne wersje pakietów były zgodne z rzeczywistymi potrzebami użytkowników, naukowcy rozpoczęli pracę od konsultacji z odpowiednimi stronami zainteresowanymi: matematykami i użytkownikami aplikacji pilotażowych. W ramach EU-MATHS-IN, europejskiej sieci zrzeszającej naukowców zajmujących się matematyką stosowaną, badacze organizowali warsztaty i minisympozja, podczas których zainteresowane strony mogły testować opracowywane pakiety i przekazywać opinie zwrotne. Dzięki temu w okresie tylko 24 miesięcy udało się udoskonalić trzy pakiety obliczeń numerycznych (FEniCS, Feel++ i OPM) oraz sześć aplikacji przeznaczonych dla różnych dziedzin (przewidywanie jakości powietrza, projektowanie turbin wiatrowych dla czystej energii, projektowanie magnesów silnego pola, wykrywanie/leczenie chorób neurodegeneracyjnych itp.). Pakiety i aplikacje zostały dostosowane do konkretnych potrzeb projektu. „Wyznaczyliśmy sobie bardzo wiele celów, więc presja była bardzo duża, ale udało nam się skupić i dostarczyć dobrą e-infrastrukturę, z której mogą korzystać osoby o różnych zainteresowaniach i poziomach wiedzy”, wyjaśnia Nieto de Santos. „Dzięki temu mamy rozwiązanie, które działa całkiem dobrze i które może przynosić dobre rezultaty”. Wszystkie pakiety i aplikacje są dostępne na portalu MSO4SC. Można je stosować z wykorzystaniem kontenerów (zbiorów danych). Nieto De Santos mówi, że portal, zintegrowany z narzędziem do zarządzania zasobami, nie jest najważniejszym osiągnięciem projektu. „Portal upraszcza wykonywanie symulacji, co oznacza, że użytkownik końcowy musi tylko zadbać o konfigurację symulacji i pozwolić orkiestratorowi na wykorzystanie zasobów”, wyjaśnia. Pionierzy Głównym rezultatem projektu jest działająca e-infrastruktura dla matematyków i osób, które potrzebują aplikacji opartych na symulacji matematycznej. Oprócz tego projekt MSO4SC jest również jednym z pierwszych, w którym w oprogramowaniu matematycznym wykorzystującym kontenery zastosowano połączenie HPC i typowych zasobów w chmurze. „Jesteśmy pionierami w stosowaniu kontenerów do HPC”, dodaje Nieto De Santos. „Uważam, że jest to ważny przykład tego, w jaki sposób możemy stworzyć w pełni zintegrowaną europejską chmurę dla otwartej nauki, dzięki której naukowcy będą mogli w przejrzysty sposób korzystać z dowolnych zasobów”. Mimo że projekt już się zakończył, naukowcy pracują nad przyciągnięciem większej liczby użytkowników do portalu poprzez ulepszanie aplikacji, dodawanie nowych funkcji i promowanie korzyści, jakie przynosi ich stosowanie.
Słowa kluczowe
MSO4SC, modelowanie, symulacja i optymalizacja, MSO, obliczenia wielkiej skali, HPC, technologia chmury obliczeniowej, ICT, matematyka