Teknologi strømliner computervidenskabelige projekter

Siden design og lancering af et specialiseret workflow management system i 2010, et forskerhold fra det amerikanske energiministeriums Oak Ridge National Laboratory har løbende opdateret teknologien for at hjælpe computerforskere med at udvikle software, visualisere data og løse problemer.

Workflow management systemer giver brugerne mulighed for at forberede, producere og analysere videnskabelige processer for at hjælpe med at forenkle komplekse simuleringer. Kendt som Eclipse Integrated Computational Environment, eller ICE, dette særlige system inkorporerer en omfattende suite af videnskabelige computerværktøjer designet til at spare tid og kræfter brugt under modellerings- og simuleringseksperimenter.

At kompilere disse ressourcer til en enkelt platform både forbedrer den overordnede brugeroplevelse og fremskynder videnskabelige gennembrud. Ved hjælp af ICE, softwareudviklere, ingeniører, videnskabsmænd og programmører kan definere problemer, køre simuleringer lokalt på personlige computere eller eksternt på andre systemer – endda supercomputere – og analyser derefter resultater og arkiver data. For nylig, holdet publicerede en artikel i SoftwareX der både beskriver systemets historie og forhåndsviser de potentielle fordele ved kommende versioner.

"Det, jeg virkelig elsker ved dette projekt, er at gøre kompliceret computervidenskab automatisk, " sagde Jay Jay Billings, en forsker i ORNL's Computer Science and Mathematics Division, der leder ICE-udviklingsteamet. "At bygge workflow-styringssystemer og automatiseringsværktøjer er en form for futurisme, og det er udfordrende og givende at operere på kanten af, hvad der er muligt."

Forskere bruger ICE til at studere emner inden for områder, herunder atomenergi, astrofysik, additiv fremstilling, avancerede materialer, neutronvidenskab og kvanteberegning, besvare spørgsmål såsom hvordan batterier opfører sig, og hvordan nogle 3-D-printede dele deformeres, når de udsættes for varme.

Adskillige faktorer adskiller ICE fra andre workflow-styringssystemer. For eksempel, fordi ICE eksisterer på en open source softwareramme kaldet Eclipse Rich Client Platform, alle kan få adgang, download og brug det. Brugere kan også skabe tilpassede kombinationer af genanvendelige ressourcer og implementere simuleringsmiljøer, der er skræddersyet til at tackle specifikke forskningsudfordringer.

"Eclipse ICE er et glimrende eksempel på, hvordan open source-software kan udnyttes til at accelerere videnskab og opdagelse, især inden for videnskabelig databehandling, " sagde Eclipse Foundations administrerende direktør Mike Milinkovich. "The Eclipse Foundation, gennem sin samfundsledede videnskabsarbejdsgruppe, fremmer open source-løsninger til avanceret forskning inden for alle videnskabsområder."

Derudover ICE omgår den stejle og tidskrævende læringskurve, der normalt følger med ethvert computervidenskabeligt projekt. Selvom andre systemer kræver ekspertviden om den pågældende kode og computer, ICE gør det muligt for brugere straks at begynde at facilitere deres eksperimenter, dermed hjælpe dem med at indsamle data og opnå resultater meget hurtigere.

"Vi har produceret en strømlinet grænseflade til beregningsmæssige arbejdsgange, der adskiller sig fra komplicerede systemer, som du skal være specifikt kvalificeret i for at bruge korrekt, " sagde Billings.

Gennem hele dette projekt, Billings har også understreget vigtigheden af ​​tilgængelighed og brugervenlighed for at sikre, at brugere i alle aldre og erfaringsniveauer, herunder ikke-videnskabsmænd, kan bruge systemet uden forudgående træning.

"Problemet med mange workflow-styringssystemer og med modellerings- og simuleringskoder generelt er, at de normalt er ubrugelige for lægmand, " sagde Billings. "Vi har designet ICE til at være brugbart og tilgængeligt, så alle kan hente en eksisterende kode og bruge den til at løse presserende computervidenskabelige problemer."

ICE bruger programmeringssproget Java til at definere arbejdsgange, hvorimod andre systemer bruger mere obskure sprog. Dermed, elever i folkeskolen, high school og college har med succes kørt koder ved hjælp af ICE.

Endelig, i stedet for at stole på grid workflows – samlinger af orkestrerede computerprocesser – fokuserer ICE på fleksible modellerings- og simuleringsworkflows, der giver brugerne interaktiv kontrol over deres projekter. Grid workflows er defineret af strenge parametre og udført uden menneskelig indgriben, men ICE giver brugerne mulighed for at indtaste yderligere information under simuleringer for at producere mere komplicerede scenarier.

"I ICE kan du have mennesker i løkken, hvilket betyder at programmet kan stoppe, stille spørgsmål og modtage instruktioner, før du genoptager aktiviteten, Billings sagde. "Denne funktion giver systembrugere mulighed for at udføre mere komplekse opgaver som looping og betinget forgrening."

Næste, udviklingsteamet har til hensigt at kombinere de mest praktiske aspekter af ICE og andre systemer gennem workflow interoperabilitet, et begreb, der refererer til to forskellige systemers evne til problemfrit at kommunikere. Ved at kombinere de bedste egenskaber ved grid-arbejdsgange med modellerings- og simuleringsarbejdsgange ville det give videnskabsfolk mulighed for at løse endnu større udfordringer og løse videnskabelige mysterier mere effektivt.

"Hvis jeg bruger ICE, og en anden bruger et andet system, vi ønsker at kunne løse problemer sammen med vores samlede ressourcer, " sagde Billings. "Med workflow interoperabilitet, vores systemer ville have en standardmetode til at 'tale' med hinanden."

For yderligere at forbedre ICEs tilgængelighed og brugervenlighed, teamet er også ved at udvikle en cloud-baseret version for at levere endnu mere interaktive computertjenester til at forenkle videnskabelige arbejdsgange.

"Det er, hvad forskning er - vi bliver ved med at finde ud af det næste skridt for at forstå systemet bedre, " sagde Billings.