EUFORIA-projekti

EUFORIA (EU Fusion fOR Iter Applications) on Euroopan unionin 7. puiteohjelmasta rahoitettu projekti, jonka tavoitteena on kehittää fuusion mallinnusyhteisölle kokonaisvaltainen laskentainfrastruktuuri yhdistämällä grid- ja suurteholaskentaa.
EUFORIA-projekti tulee parantamaan ITER-reaktorin kokoluokan plasmanmallinnuskapasiteettia optimoimalla ja integroimalla joukon kriittisiä reuna- ja ydinkuljetusohjelmistoja grid- ja suurteholaskentaympäristöihin. Tämä erilaisten laskentaympäristöjen käyttöönotto on tärkeä osa projektia. Projektissa erityisesti uutta on mahdollisuus linkittää ja yhdistää dynaamisesti eri laskenta-alustoilla suoritettuja ohjelmia yhdeksi yhdistetyksi työksi käyttäen erityistä töiden hallintamoottoria, joka tarjoaa tarvittavan integraation plasmanmallinnussovelluksille. Näin luotu yhdistetty laskentaympäristö lisää huomattavasti fuusioplasman mallintamiskapasiteettia ja tarjoaa samalla uuden laskenta-alustan fuusioyhteisölle.
Toteutus.
EUFORIA-projekti muodostuu kahdesta osiosta, joita aluksi toteutetaan rinnan, mutta jotka projektin myöhemmässä vaiheessa yhdistetään. Ensimmäinen osio on kehitys ja käyttöönotto -osio, jossa projektiin valittuja ohjelmia optimoidaan ja muokataan grid- ja suurteholaskenta-alustoille soveltuviksi. Oleellisena tässä osiossa on laskentainfrastruktuurin käyttöönotto, jota kehitetään projektiin osallistuville. Niinpä tämä osio on pääasiassa tarkoitettu ohjelmien ja sovellusten kehittäjille, koska pääpaino on plasmafysiikkaohjelmien toteutuksessa ja ohjelmien rakenteessa. Jotta projektin tuottama hyöty ei jäisi vain projektiin osallistuville, vaan leviäisi laajemminkin fuusionmallinnusyhteisöön, yleisiä kursseja järjestetään sovellusten mukauttamisesta eri laskenta-alustoille. Lisäksi saadut tulokset fuusio-ohjelmien kehitystyöstä julkaistaan yleisesti saataville sekä opastetaan uusia ohjelmien kehittäjiä heidän tuodessaan ohjelmansa EUFORIA-projektiin. Tämä vaihe yksistään tekee suuren harppauksen fuusion mallinnuskapasiteetissa.
Toinen vaihe projektista keskittyy standardointiin ja integrointiin. Tässä vaiheessa on kaksi osiota. Teknologiapainotteisessa osiossa kehitetään työkaluja ja teknologioita, jotta käyttäjille saataisiin läpinäkyvä menetelmä resurssien jakamiseen ja aikatauluttamiseen sekä mallinnusohjelmien dynaamiseen yhdistämiseen. Käyttäjä ja fysiikka -painotteisessa osiossa muodostetaan optimoiduista ohjelmista monimutkaisia kokonaisuuksia, joissa yhdistetään standardoiduilla tietorakenteilla ja tiedonsiirtomenetelmillä ohjelmia yhdeksi kokonaisuudeksi. Avainkomponentteja näissä ovat yhteiset tietorakenteet niin reuna- kuin ydinplasmasimulaatioille, yhdistettyjen töiden hallintatyökalut ja tiedon käsittely ja visualisointiohjelmat. Myös tämä vaihe yksinään on merkittävä askel fuusionmallinnusyhteisön mallinnuskapasiteetissa ja -kyvyssä.
Tavoitteet.
EUFORIA-projektille on asetettu seuraavat tavoitteet:
Näiden tavoitteiden lisäksi on useita tiedonlevittämis- ja kontaktien luomisaktiviteetteja, joilla fuusioyhteisölle saadaan levitettyä tietoa laskentainfrastruktuurista, ja joilla projektissa ollaan yhteydessä muihin vastaaviin infrastruktuuri- ja tutkimusprojekteihin.
Työt projektissa jaetaan erityisille työryhmille, joiden työ koordinoidaan varmistaakseen eri työvaiheiden valmistuminen ajallaan. Tarpeellisen johtamisorganisaatioon ja resursseihin projektin eri tasoilla on erityisesti panostettu.
Konsortio.
EUFORIA-konsortio koostuu 14 eurooppalaisesta instituutista:
Projektin rakenne.
Verkostoituminen
Palveluaktiviteetit - infrastruktuurin käyttöönotto
Tutkimusaktiviteetit
Verkostoituminen (Network Activities, NA).
NA1: Johtaminen.
NA1-työryhmän tehtävänä on konsortioiden hallinnollinen tukeminen ja johtaminen. Myös eri tutkimus- ja palveluaktiviteettien koordinointi on tämän työryhmän tehtävänä, erityisesti painottuen eri aktiviteettien väliseen viestintään.
NA1:n tavoitteet.
Onnistunut hallinnointi näkyy koko projektin tuloksissa ja saavutetaan jatkuvalla projektin seurannalla sekä aktiviteettien välietapeilla.
NA2: Dokumentaatio ja opetus.
NA2-osio tuottaa tarvittavaa dokumentaatiota sekä opetusta, jotta projektin suurteholaskenta- ja Grid-infrastruktuuri saadaan käyttöön. NA2 sisältää opetusohjelman, joka on suunniteltu auttamaan käyttäjiä tarvittavien tietojen ja taitojen hallitsemiseen käyttääkseen laskentainfrastruktuuria.
NA3: Tiedottaminen.
Projektista tiedottaminen on erittäin oleellista, jotta mahdolliset käyttäjät saavat tietoa mitä projekti voi heille tarjota. Tiedon pitää olla stimuloivan houkuttelevaa ja korostaa hyötyjä joita saa liittyessään DEISA:an, EGEE:hen ja EUFORIA:n grid ja hpc -yhteisöihin. Mahdollisille käyttäjille suunnatuista opetustilaisuuksista tiedottaminen on myös oleellinen osa tiedottamista ja tämän osion oletetaan tuottavan yleiskuva koko projektista.
Palveluaktiviteetit (Service Activities, SA).
SA1: Grid -infrastruktuurin käyttöönotto ja hallinta.
Tämän aktiviteetin tavoitteena on tarjota kehittynyt grid-infrastruktuuri tieteelliseen laskentaan fuusion tutkimuksessa Euroopan tutkimusalueella. Tässä osiossa hajautetun laskennan resurssit yhdistetään yhdeksi koherentiksi grid-palveluksi, joka mahdollistaa tutkijoille uusien tieteellisten haasteiden käsittelyn.
SA1:n tavoitteet.
Tämän projektin ympäristö riippuu grid-laskennan pohjautuvan tutkimuksen keskittymisestä Euroopassa. Infrastruktuuri tulee olemaan yhteensopiva EGEE-välitysohjelmiston palveluiden kanssa ja näin auttaa grid-välitysohjemistojen standardoinnissa ja e-infrastruktuurin vahvistamisessa Euroopassa. Tämän saavuttamiseksi käytetään kansainvälisten toimijoiden, kuten e-IRG:n ja GGF:n suosituksia.
SA2: suurteholaskentainfrastruktuuri (HPC).
SA2:n tavoite on tarjota ohjelmien kehittäjille ja tutkijoille turvallinen yhteys suurteholaskentapalveluihin ja tukipalvelut eri supertietokonekeskuksista. (CSC, BSC, EPCC)
Palveluita tarvitsevat JRA2:n ohjelmoijat, jotka keskittyvät optimoimaan fuusionmallinnusohjelmistoja. Jotta optimointityötä voidaan tehdä kunnolla, on ohjelmoijilla ja tutkijoilla oltava sopiva laskentaympäristö testausta, virheiden etsintää ja ajamista varten. Lisäksi supertietokoneita tarvitaan soveltuvuustesteihin ja tutkijoiden ajoihin.
SA3: Käyttäjätuki Grid- ja suurteholaskennalle.
Tarjota tieteellisille käyttäjille käyttäjätukimekanismi, jotta he voisivat saada EUFORIA-projektin tarjoamat grid- ja HPC-laskentapalvelut käyttöönsä nopeasti ja tehokkaasti. Käyttäjille tulee olemaan yksi käyttöliittymä, joka tarjoaa keskeiset yhteydet samalla hyödyntäen osaamista osallistujainstituuteista. Käyttöliittymä tarjoaa rekisteröitymisen, resurssien ja käyttäjätilin hallinnan sekä käyttötuen kaikille käyttäjille.
Tutkimusaktiviteetit (Joint Research Activities, JRA).
JRA1: Ohjelmien muuntaminen Grid-infrastuktuurille.
Tässä aktiviteetissa pilottijoukko plasman reuna- ja ydinkuljetusmallinnusohjelmia mukautetaan grid-laskentaan. Tärkein tavoite on tutkia grid-laskennan mahdollisuuksia fuusiotutkimuksessa aloittaen pienestä pilottiohjelmien joukosta, jotka vaikuttavat sopivimmilta grid-laskentaan. Ensimmäisessä vaiheessa joukko sarjaohjelmia muokataan grid-laskentaan. Toisessa vaiheessa kaksi kytkettyä ohjelmaa asennetaan grid-alustalle testausta varten. Erityisesti huomiota kiinnitetään rinnakkais- ja sarjatöiden yhdistämisessä siihen millaista hyötyä uudella sekalaskentastrategialla voisi olla tulevaisuuden fuusiotutkimuksessa. Ohjelmien sopeuttamisessa ja tiedon hallinnassa opitut asiat käytetään arvokkaana tulevissa fuusiosimulaatioissa ja -kokeiluissa.
JRA2: Ohjelmien sopeuttaminen suurteholaskenta (HPC) -infrastruktuurille.
JRA2-aktiviteetissa joukko keskeisiä plasmafysiikkaohjelmia muokataan osallistuvissa HPC-keskuksissa oleville rinnakkaissupertietokoneille. Tavoitteena on saada ohjelmat toimimaan nopeammin ja käyttämään useampia suorittimia, jotta voitaisiin laskea huomattavasti suurempia ongelmia ja siten saada fuusionmallinnuskapasiteettia lähemmäksi fuusioreaktorin täysimittaista mallintamista. Ohjelmat tullaan suunnittelemaan toimivaksi tehokkaasti nykyisillä teraskaalan - ja myös seuraavan sukupolven petaskaalan - supertietokoneilla.
JRA3: Yhdistettyjen töiden hallinta.
Erillistien ohjelmien ja modulien kytkeminen yhteen vaatii koordinointia ja tietorakenteiden hallintaa sekä resurssien jakamista toimiakseen tehokkaasti. Workflow:n hallintatyökalu helpottaa integraatioprosessia ja tarjoaa rungon lisätehtävien, kuten töiden interaktiiviselle seuraamiselle ja ohjaamiselle. Aktiviteetti tarjoaa myös mahdollisen aloituskohdan standardoiduille tietorakenteille ja jälkikäsittelytyökaluille.
JRA4: Visualisointi.
Tämän aktiviteetin tavoitteena on tarjota joukko yhtenäisiä visualisointityökaluja Euforia:n laskenta-alustaan integroiduille ohjelmille. Joitakin näistä työkaluista käytetään ohjelmien tuottamien tulosten jälkikäsittelyyn ja joitakin integroidaan yhdistettyjen töiden hallintaan mahdollistaen ajonaikaisen visualisoinnin ja monitoroinnin yhdistetyissä töissä. Kehitettävät visualisointityökalut pohjautuvat olemassa oleviin ohjelmiin, kuten pythoniin, numpyyn, matplotlib:iin ja VTK:hon.