Projecto EUFORIA

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EUFORIA (EU Fusion fOR Iter Applications) é um projecto financiado pela União Européia através do Sétimo Programa Marco (FP7) que proporcionará um marco de referência amplo e uma infra-estrutura completa e segura para simulações de transporte (tanto no núcleo como nas bordas do plasma) e de turbulências, relacionando a Computação de Alto Rendimento (HPC) e em Grid com a comunidade de renderização em Física de Fusão.

O projecto EUFORIA melhorará as capacidades de renderização de Física do plasma para o ITER, mediante a adaptação, optimização e integração de um conjunto de aplicações críticas de renderização de transporte no núcleo e nas bordas. Para isso recorrer-se-á a diferentes paradigmas de computação, como são a Computação Grid, tanto sequencial como em paralelo, e a Computação de Alto Rendimento. O despliegue dos serviços, tanto de Computação Grid como de Computação de Alto Rendimento, será essencial para o projecto. Um inovador aspecto do mesmo será o acoplamento dinâmico e a integração, em um marco de referência único, de códigos e aplicações que na actualidade executam sobre um conjunto heterogéneo de plataformas. Isto fá-se-á mediante uma ferramenta de workflow , mecanismo necessário para garantir o nível de integração desejado entre as diferentes aplicações de Física de Fusão. Isto ajudará a incrementar notavelmente as possibilidades de renderização integradas em Física de Fusão e do Plasma e, ao mesmo tempo, oferecerá à comunidade de Física de Fusão em general uma nova infra-estrutura de computação, com suas ferramentas correspondentes.

Implementação

O projecto EUFORIA consistirá em duas fases diferentes que, em parte, desenvolver-se-ão em paralelo desde o começo do projecto, para se integrar completamente em suas últimas etapas.

A primeira fase é uma etapa de desenvolvimento e despliegue, consistente na adaptação e optimização de uma selecção de códigos de Física do Plasma, que abarcam tanto aspectos de renderização nas bordas como no núcleo, para sua execução em meios de Computação Grid e de Alto Rendimento. O despliegue da infra-estrutura de computação, na qual o acesso às partes de Computação Grid e de Computação de Alto Rendimento corresponde aos diferentes membros do projecto, é uma actividade inherente a esta primeira fase. Esta etapa estará, por tanto, principalmente dirigida aos programadores dos códigos e as aplicações, ao estar centrada nos detalhes de implementação e nas estruturas dos códigos físicos a adaptar. Para levar este esforço para além dos membros do projecto e fazê-lo chegar a quem trabalham renderizando simulações dentro da comunidade de Física de Fusão, oferecer-se-ão tutoriais a respeito dos diferentes aspectos a ter em conta na adaptação de códigos. As "lições aprendidas" do trabalho de desenvolvimento que se realize sobre os códigos de fusão estarão disponíveis publicamente e oferecer-se-á suporte directo ao utente para aqueles que se decidam a trazer seus códigos à plataforma de EUFORIA .

A segunda fase consiste em uma actividade de estandardização e integração, que tem uma parte tecnológica, na qual se desenvolvem as ferramentas necessárias para proporcionar aos utentes métodos transparentes de reserva e planejamento de recursos, bem como o acoplamento dinâmico dos códigos físicos, e outra parte centrada nos utentes e na física subjacente, na qual se utiliza uma tecnologia para construir workflows complexos (com os códigos optimizados como componentes), estruturas de dados estandarizadas e métodos de transferência para ampliar os casos físicos para o desenvolvimento do ITER. Neste caso, os componentes finque são a adaptação de estruturas de dados de simulação nas bordas e no núcleo, para que sejam comuns a um número de projectos o maior possível, bem como a adaptação de uma ferramenta de orquestación de workflows e o uso de ferramentas genéricas para a exploração dos dados e sua visualização. Esta segunda parte do projecto está principalmente orientada a pôr os meios necessários para a criação de uma comunidade mais ampla de utentes cujos pacotes de código residam na plataforma e, com uma perspectiva um pouco mais ampla, oferecer o estado de adaptação de um conjunto de ferramentas utilizadas por dita comunidade.

Objectivos

O projecto EUFORIA propõe-se conseguir:

O despliegue de serviços de Computação Grid
O despliegue de uma infra-estrutura de Computação de Alto Rendimento
O despliegue de um portal para o acesso dos utentes
A adaptação de uma ontología regular para a área das simulações borde núcleo.
A adaptação e optimização de ferramentas de simulação e códigos de fusão para:
1. Computação Grid sequencial
2. Computação Grid paralela
3. Computação de Alto Rendimento
Desenvolvimento de um marco de referência ou plataforma informática que ofereça:
1. Ferramenta de orquestación de workflows dinâmica
2. Ferramenta de visualização de alta qualidade
3. Funcionalidades para a Minería de dados
4. Middleware para o despliegue dos recursos computacionales necessários para suportar as diferentes ferramentas da plataforma

Além do anterior, estão planificadas determinadas actividades de alcance e diseminación, com a intenção de introduzir à comunidade de fusão em general no uso da infra-estrutura desenvolvida e entrar em contacto com outras infra-estruturas e projectos de investigação que tenham uma orientação similar ou relacionada com os objectivos do projecto EUFORIA.

Como pode ver na lista anterior, o projecto consiste em um conjunto de grupos de trabalho interrelacionados. Para garantir uma partilha adequada dos diferentes componentes precisa-se um alto grau de coordenação e supervisión, pelo que se pôs especial énfasis em proporcionar estruturas de gestão e recursos suficientes para os diferentes níveis do projecto.

Consórcio

Arquivo:Euforia-Sócios.gif

Instituições européias que participam no projecto EUFORIA.

No projecto EUFORIA participam as seguintes catorze instituições européias:

Universidade Tecnológica de Chalmers (Coordenador) da Suécia
Instituto Max Plank de Física do Plasma (IPP) da Alemanha
Centro Superior de Investigações Científicas (CSIC) de Espanha
Centro de Investigações Energéticas, Médio Ambientais e Tecnológicas (CIEMAT) de Espanha
Centro de Investigações de Karlsruhe (FZK) da Alemanha
Centro Finlandês de Tecnologias da Informação para a Ciência (CSC) da Finlândia
Universidade Académica de Turku (ABO) da Finlândia
Universidade de Edimburgo (UEDIN) do Reino Unido
Centro Nacional de Supercomputación (BSC) de Espanha
Comisariado da Energia Atómica (CEA) da França
Universidade de Estrasburgo da França
Universidade de Liubliana (UOL) da Eslovénia
Centro de Supercomputación e Redes de Poznan (PSNC) da Polónia
Agência Nacional Italiana para as Novas Tecnologias, a Energia e o Médio Ambiente (ENEA) da Itália

Estrutura do projecto

O projecto EUFORIA estrutura-se em um conjunto de actividades transversais, de serviço e de investigação, de acordo à seguinte organização geral:

Actividades Transversais

NA1 – Gestão do projecto
NA2 – Documentação e formação de utentes
NA3 – Diseminación

Actividades de Serviço - Despliegue e Funcionamento da Infra-estrutura

SA1 – Infra-estrutura de computação grid
SA2 – Infra-estrutura de computação de alto rendimento
SA3 – Suporte de utente para as actividades de computação de alto rendimento e computação grid

Actividades de Investigação

JRA1 – Adaptação de códigos e ferramentas para a infra-estrutura de computação grid
JRA2 – Adaptação de códigos e ferramentas para a infra-estrutura de computação de alto rendimento
JRA3 – Ferramentas de orquestación de workflows.
JRA4 – Visualização de dados

Actividades Transversais (NA)

Actividade NA1: Gestão do projecto

NA1 proporciona suporte administrativo e de gestão para o consórcio em seu conjunto. Em particular, a coordenação global entre as diferentes actividades de investigação e de serviço é uma responsabilidade de NA1 e o énfasis tem de pôr na promoção e a garantia da comunicação dentro das actividades de investigação e de serviço para garantir a total integração dos projectos.

Pesquisar-se-ão possíveis relações com outros projectos e iniciativas internacionais, tanto em computação grid e computação de alto rendimento como na comunidade de física de fusão. A gestão do projecto servirá de enlace com os proprietários e os utentes de códigos procedentes da comunidade de fusão, com o objectivo de contribuir recursos de computação adicionais para a realização de experimentos físicos usando os códigos adaptados por EUFORIA . Por outro lado, pesquisar-se-ão fontes de financiamento adicionais, incluindo as procedentes da União Européia e dos países de origem dos sócios firmantes do projecto.

À medida que o projecto avance no tempo e as diferentes actividades vão estando mais integradas, o interesse ir-se-á deslocando para as actividades de suporte transversais, entre as diferentes actividades de investigação (JRA's), bem como entre estas e as actividades de serviço (SA's). Será precisa uma coordenação eficiente se querem-se conseguir os objectivos do projecto. Um dos propósitos da coordenação entre as actividades de diseminación e as de formação dos utentes é que os formadores possam também ser eles mesmos os responsáveis pela diseminación dentro de suas próprias comunidades, pelo que é essencial uma disponibilidade o mais ampla possível das ferramentas de EUFORIA entre os utentes e os programadores de código da comunidade de fusão.

Para harmonizar o desenvolvimento da infra-estrutura informática com os requisitos de renderização do ITER e manter-se em contacto com os desenvolvimentos físicos e as actividades de renderização levadas a cabo dentro do consórcio internacional deste projecto, optou-se por uma equipa de coordenação, procedente da comunidade de fusão, e com um forte suporte tecnológico dentro do grupo de direcção do projecto.

Objectivos de NA1

Proporcionar serviços administrativos e de gestão para o consórcio em seu conjunto.
Proporcionar coordenação global (transversal) entre -e dentro de- as actividades de investigação e as actividades de serviço.
Coordenar os esforços das actividades de diseminación (NA3) e de documentação e formação de utentes (NA2).
Coordenar as actividades com os projectos EGEE (Enabling Grids for E-sciencE), DEISA (Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications, ICEAGE (International Collaboration to Extend and Advance Grid Education) e BELIEF (Bringing Europe's eLectronic Infrastructures to Expanding Frontiers), por médio dos contactos já existentes.
Pesquisar possíveis vínculos com outros projectos de computação grid e de computação de alto rendimento, tanto no seio da União Européia como de âmbito internacional, fora dela.
Pesquisar outras fontes de financiamento adicionais para o projecto através dos contactos com políticos e outras personalidades com capacidade de decisão.

Uma gestão exitosa põe-se de manifesto no rendimento global do projecto e atinge-se por médio de um rastreamento e uma revisão coerentes das metas do projecto e dos pontos de decisão internos às tarefas, bem como fazendo uma avaliação contínua dos progressos realizados e da implementação de medidas correctivas.

Actividade NA2: Documentação e formação de utentes

NA2 proporcionará aos utentes científicos a documentação e a formação necessárias para trabalhar na infra-estrutura de computação de alto rendimento e de computação grid deste projecto. Ao redor da actividade desenvolve-se um programa de formação, desenhado para permitir que os utentes desenvolvam os conhecimentos e habilidades necessários para utilizar a infra-estrutura. Ademais, o projecto oferecerá uma extensa série de documentos, incluindo guias de utente e FAQ's (perguntas frequentes).

Objectivos de NA2

Proporcionar documentos, FAQ's e informação sobre boas práticas aos utentes da infra-estrutura de computação grid e de computação de alto rendimento.
Proporcionar um programa formativo extenso para programadores e utentes, incluindo o desenvolvimento de uma guia de ajuda.

Actividade NA3: Diseminación

A diseminación será essencial para identificar, conseguir e oferecer uma imagem precisa do projecto e de sua possível projecção sobre futuros utentes potenciais. Esta imagem tem de ser, ao mesmo tempo, atraente, realçando os benefícios que se podem conseguir ao unir aos projectos DEISA, EGEE ou EUFORIA, bem como às comunidades de computação grid e de computação de alto rendimento. A diseminación jogará também um papel finque na captación de utentes potenciais, para que assistam aos eventos de diseminación de conhecimentos que, de maneira progressiva, serão fundamentais em seu processo de iniciación. Espera-se que a diseminación ofereça uma imagem geral do projecto.

A maioria dos utentes, programadores e comunidades terão seu primeiro contacto com o projecto EUFORIA através das actividades de diseminación. A expansão do projecto para uma comunidade de utentes mais ampla dependerá da qualidade e efectividad das decisões tomadas para fazer mais visível e conhecido o projecto.

Objectivos de NA3

Dar a conhecer os objectivos e vantagens da computação grid e a computação de alto rendimento na área da física de fusão, bem como de unir ao projecto EUFORIA ou usar sua infra-estrutura.
Definir os métodos de diseminación e o conteúdo que se quer transmitir à cada comunidade de possíveis destinatários.
Proporcionar materiais de diseminación adaptados às audiências destinatárias e fazê-los disponíveis.
Informar às comunidades científicas sobre como podem envolver no projecto.
Atrair directamente a utentes potenciais para que se façam utentes de EUFORIA .
Manter informadas às comunidades interessadas a respeito das novas melhoras e funcionalidades que se vão acrescentando.

Actividades de Serviço (SA)

Actividade SA1: Infra-estrutura de computação grid

O objectivo desta actividade é proporcionar uma infra-estrutura grid avançada para computação científica com o fim de dar suporte às actividades de física de fusão dentro do Espaço Europeu de Investigação. O projecto integrará recursos de computação distribuída dentro de um serviço grid coerente que permita aos pesquisadores de fusão abordar novos reptos científicos. A actividade de funcionamento da infra-estrutura grid pretende despregar, integrar, manter e pôr em funcionamento esta grande infra-estrutura distribuída de computação grid.

Objectivos de SA1

Despregar, manter e fazer funcionar os serviços centrais necessários para assegurar a integração dos recursos de computação dentro de uma infra-estrutura grid de produção capaz de dar suporte a aplicações sequenciais e paralelas.
Coordenar o desenvolvimento, manutenção e funcionamento dos recursos de computação grid proporcionados pelos sites participantes, garantindo um serviço robusto, seguro e fiável.
Dar suporte às Organizações Virtuais (VO) e aos provedores de recursos para assim ajudar aos utentes finais, aos administradores das VO's e aos administradores dos sites a conseguir seus objectivos e contribuir a um uso satisfatório da infra-estrutura.

O contexto do projecto depende da consolidação por toda a Europa de um espaço de investigação baseado em computação grid. A infra-estrutura será compatível com os serviços do middleware EGEE, contribuindo à estandardização do middleware grid e à consolidação das infra-estruturas electrónicas (e-infra-estruturas) na Europa. Com este propósito, o projecto seguirá as recomendações de organismos internacionais, tais como o Grupo de Reflexão sobre e-Infra-estruturas (e‐IRG) e o Foro Mundial de Grid.

Actividade SA2: Infra-estrutura de computação de alto rendimento

Os programadores de código dentro da #Actividade JRA2: Adaptação de códigos e ferramentas para a infra-estrutura de computação de alto rendimento centram-se em optimizar os códigos de simulação do plasma, dentro da comunidade de física de fusão. Para que o trabalho de optimização se realize correctamente, os programadores e os cientistas devem ter acesso às máquinas necessárias para provar, depurar e executar os códigos. Ademais, as provas de viabilidad e as execuções de produção reais por parte dos cientistas precisará de acesso aos supercomputadores.

O objectivo principal de SA2 é, por tanto, garantir aos programadores e cientistas o acesso às instalações de computação de alto rendimento e seus serviços ao cliente, dentro do âmbito dos centros de supercomputación participantes no projecto (isto é, CSC de Helsinki, BSC de Barcelona e EPCC (UEDIN) de Edimburgo).

Objectivos de SA2

Proporcionar uma infra-estrutura de computação de alto rendimento para dar suporte aos esforços de optimização de código realizados em JRA2 .
Proporcionar acesso em tempo de execução aos supercomputadores para realizar as provas de viabilidad sobre os códigos de computação de alto rendimento na própria plataforma.

Actividade SA3: Suporte de utente para as actividades de computação de alto rendimento e computação grid

SA3 proporcionará aos utentes científicos os mecanismos de suporte apropriados para utilizar as infra-estruturas de computação de alto rendimento e de computação grid do projecto de um modo rápido e eficiente. Terá uma única interface para os utentes, proporcionando um ponto central de contacto para sacar proveito à ampla experiência que atesoran as instituições participantes. Este ponto de contacto oferecerá, entre outras funcionalidades, registo de utente, gestão de recursos e contabilidade e um singelo helpdesk para todos os utentes. Esta actividade sustenta a muitas das demais do projecto, como são JRA1, JRA2, JRA3 e JRA4, oferecendo um primeiro ponto de de contacto com os utentes, para assegurar uma rápida resposta das aplicações, as tecnologias e as ferramentas em todas estas actividades.

Objectivos de SA3

Proporcionar, através de uma interface de utente única, administração de utentes, gestão de recursos, contabilidade, relatórios e um helpdesk central para utentes do serviço.
Dar suporte a uma ampla faixa de aplicações a adaptar e à optimização inicial das aplicações na infra-estrutura de EUFORIA .

Actividades de Investigação (JRA)

Actividade JRA1: Adaptação de códigos e ferramentas para a infra-estrutura de computação grid

Em JRA1, adaptar-se-ão à arquitectura de computação grid um conjunto de códigos piloto usados em renderização de transporte no núcleo e nas bordas do plasma. O objectivo principal é explorar as possibilidades da arquitectura grid para as investigações em física de fusão, começando com um subconjunto de códigos seleccionados dentre os códigos de transporte e turbulências nas bordas e no núcleo, que são os mais apropriados para este fim. Como primeiro passo, adaptar-se-ão um conjunto de códigos sequenciais e, em uma segunda etapa, instalar-se-á na grid o código de dois workflows mistos. Prestar-se-á especial atenção à conexão entre os workflows sequencial e paralelo, pela utilidade que este tipo de estratégia mista de computação possa ter para a fusão no futuro. As "lições aprendidas", tanto na adaptação de códigos como na gestão dos dados, serão tidas em conta como valiosas experiências de cara a futuras simulações e experimentos em física de fusão.

Objectivos de JRA1

Adaptar um conjunto de códigos sequenciais ao meio de computação grid junto com, ao menos, uns poucos códigos mistos (sequencial-paralelo).
Adquirir experiência na execução de códigos e a gestão dos dados produzidos por estes, dentro do meio dos workflows.

Actividade JRA2: Adaptação de códigos e ferramentas para a infra-estrutura de computação de alto rendimento

Em JRA2, adaptar-se-ão um conjunto de códigos de computação centralizada em física do plasma e confinamiento magnético, dentro da física de fusão, para sua execução nos sistemas de supercomputación paralelos postos a disposição pelos centros de computação de alto rendimento participantes. O objectivo é fazer que estes programas executem mais rápido e lhes permitir usar um número maior de processadores, com a intenção de resolver instâncias do problema substancialmente maiores, promovendo desse modo que as capacidades de renderização nas investigações em física de fusão atinjam uma escala real. Os códigos de computação desenhar-se-ão para uma execução o mais eficiente possível nos actuais sistemas de computação de alto rendimento tera-escalares, bem como na próxima geração de peta-escalares , e ser adaptáveis para funcionar como componentes dentro de um meio de workflow .

Objectivos de JRA2

Melhorar a escalabilidad paralela dos códigos de computação.
Optimizar seu rendimento para arquitecturas de processadores modernas.
Adaptar os códigos para que possam se integrar em um único framework acoplado, através de uma ferramenta de orquestación de workflow .

Actividade JRA3: Ferramentas de orquestación de workflows

A união de diferentes códigos e módulos computacionales faz necessária a existência de um importante elemento de coordenação e gestão estruturada de dados, bem como de planejamento de recursos, para garantir um funcionamento eficiente. Uma ferramenta de orquestación de workflows facilitará enormemente o processo de integração e proporcionará uma estrutura ou marco de referência (framework) para o desenvolvimento de tarefas adicionais, como direcção computacional e monitorización ou controle interactivo. Ademais, isto oferecerá um possível ponto primeiramente para o acesso a dados estandarizados e o uso de ferramentas de após processado feitas pelos utentes.

Objectivos de JRA3

Planificar trabalhos nas infra-estruturas GRID e HPC junto com outros trabalhos que executam em outros meios de computação, mediante uma ferramenta de orquestación de workflows que dinamicamente possa enlaçar e pôr em marcha os diferentes módulos de computação instalados.
Desenvolver uma interface de utente única para dar suporte à administração de utentes, consultas dos mesmos, gestão de recursos, contabilidade e elaboração de relatórios. Esta interface cumprirá os requisitos dos utentes da actividade SA3, que proporcionarão os serviços relacionados.

Actividade JRA4: Visualização de dados

JRA4 dedica-se a proporcionar um conjunto de ferramentas de visualização unificadas para os códigos integrados na plataforma. Algumas destas ferramentas usar-se-ão para o após processo dos dados gerados por ditos códigos, enquanto outras integrar-se-ão no workflow da ferramenta Kepler para possibilitar a visualização e monitorización dos resultados durante a execução do workflow. As ferramentas de visualização desenvolvidas em JRA4 estarão baseadas em software livre já existente, como Python, Numpy e Matplotlib por um lado, e em VTK e VisIt por outro.

Objectivos de JRA4

Proporcionar um conjunto de ferramentas de visualização unificadas disponíveis dentro do workflow da ferramenta Kepler para a visualização de dados disponíveis remotamente em uma grid computacional.
Implementar ferramentas de visualização mais potentes que possam se usar no após processo dos dados computados.
Desenvolver uma nova ferramenta de compressão de dados, baseada nos algorítmos de transformação de ondas (lossy wavelet) para manejar o grande volume de informação gerado por alguns dos códigos.
Desenvolver ferramentas de visualização específicas para funções de distribuição em 4D ou 5D.

Veja-se também

ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional)
Física do Plasma
Física de Fusão
Computação grid
Computação de alto rendimento
Projecto EELA (Projecto EELA: infra-estrutura electrónica compartilhada entre Europa e América Latina)
BSC (Barcelona Supercomputing Center)

Enlaces externos

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