EUFORIA-Projekt

EUFORIA-Projekt
Logo des EUFORIA-Projekts

EUFORIA (EU Fusion fOR Iter Applications) ist ein Projekt der Europäischen Union im Seventh Framework Programme (FP7), welches ein Rahmenwerk sowie die Infrastruktur für Transport- und Turbulenz-Simulationen für die Fusionsforschung mit Grid und Hochleistungsrechnen aufbaut und zur Verfügung stellt.

Das EUFORIA-Projekt wird die Modellierungs-Fähigkeiten von ITER Plasma durch die Anpassung, Verbesserung und Einbindung einer Ansammlung von wichtigen Anwendungen für Transport- und Turbulenz-Simulationen verbessern, um benötigte Rechenparadigmen (serielles und paralleles Grid-Computing und Hochleistungsrechnen) zu verbinden. Die Entwicklung eines Grid-Services und Hochleistungsrechner-Services bilden die Basis des Projekts. Ein neuartiger Gesichtspunkt ist die dynamische Verbindung und Integration von Applikationen, welche in einer Sammlung heterogener Plattformen vorliegen, in ein einfaches gemeinsames Rahmenwerk mit einer „Workflow-Engine. Damit verbessert man Modellierungsfähigkeiten des Fusions - Plasmas und unterstützt gleichzeitig neue Computer-Infrastrukturen und Werkzeuge für die Fusions-Gesellschaft.

Das Konzept des EUFORIA-Projekts

Inhaltsverzeichnis

Implementierung

Die „erste Phase“ des EUFORIA-Projekts ist eine Entwicklungs- Phase zur Anpassung und Verbesserung bestimmter Applikationen der Transport- und Turbulenz-Simulationen für Grid- und Hochleistungsrechner-Umgebungen. Dazu gehört auch die Bereitstellung der Computerinfrastrukturen und -ressourcen für das Konsortium des Projekts.

Deswegen ist diese Phase hauptsächlich an die Code- und Applikations-Entwickler mit der Zentrierung auf die detaillierte Implementierungen der physikalischen Codes gerichtet. Allgemeine Tutorials über die verschiedenen Aspekte der Applikationsanpassung werden dem Konsortium und anderen Fusionswissenschaftlern zur Verfügung gestellt. Die Erfahrungen, die während der Entwicklungsarbeit des Fusionscodes gemacht wurden, werden veröffentlicht und eine direkte Benutzer-Unterstützung für neue Benutzer, die ihre Applikationen in der EUFORIA-Plattform einbringen wollen, wird angeboten. Schon allein diese Aktivität wird für einen signifikanten Schritt nach vorne in Bezug auf die Modellierungskapazitäten und die Fähigkeiten der fusions-modellierenden Gesellschaft sorgen.

Die „zweite Phase“ ist eine Standardisierungs- und Integrationsphase. In einem technologiegetriebenen Teil werden die Technologien und Werkzeuge entwickelt, um den Anwendern transparente Methoden zur Ressourcenzuteilung und -planung sowie eine dynamische Ankoppelung der Physik und der Nutzer- und Physik-Codekomponenten zu bieten. Die Technologie zur Erstellung von komplexen Workflows mit den verbesserten Codes, den Komponenten, den standardisierten Datenstrukturen und den Transfermethoden werden verwendet, um die physikalischen Bereiche der ITER-Entwicklung zu erweitern. Wichtige Schritte hierbei sind Anpassung einer einheitlichen projektweiten Datenstruktur und die Anpassung eines Workflow-Orchestration-Werkzeugs und allgemeine Werkzeuge zur Untersuchung und Visualisierung der Daten.

Ziele

Das EUFORIA-Projekt soll folgende Ergebnisse erreichen:

Zusätzlich gibt es eine Reihe von Aktivitäten zur Dissemination der Projektergebnisse.

Wie man in der obigen Liste erkennen kann, besteht das Projekt aus einer Sammlung von Arbeitspaketen. In den Management-Strukturen des Projekts wird ein hohes Maß an Koordination und Überwachung benötigt, um eine rechtzeitige Erstellung der Einzelkomponenten zu gewährleisten.

Konsortium

Das EUFORIA-Konsortium beinhaltet die 14 nachfolgenden europäischen Institutionen:

  1. Technische Hochschule Chalmers (Koordinator) in Schweden
  2. Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Deutschland
  3. CSIC (Centro Superior de Investigaciones Científicas) in Spanien
  4. Centro de Investigaciones Energéticas, Medio Ambientales y Tecnológicas (CIEMAT) in Spanien
  5. Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Deutschland
  6. Finnish IT Center for Science (CSC) in Finnland
  7. Åbo Akademi (ABO) in Finnland
  8. University of Edinburgh (UEDIN) in Großbritannien
  9. Barcelona Supercomputing Center (BSC) in Spanien
  10. Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) in Frankreich
  11. Université de Strasbourg in Frankreich
  12. Universität Ljubljana (UOL) in Slowenien
  13. Poznan Supercomputing and Networking Center PSNC in Polen
  14. Italian National Agency for New Technologies, Energy and the Environment (ENEA) in Italien

Projektstruktur

Das EUFORIA-Projekt ist in Netzwerke, Services und Forschungen strukturiert:

Netzwerke

  • NA1 – Management
  • NA2 – Benutzerdokumentation und Training
  • NA3 – Dissemination

Services ‐ Veröffentlichungen und Arbeitsabläufe

Forschungsaktivitäten

  • JRA1 – Anpassung der Codes und der Werkzeuge in die Grid-Infrastruktur
  • JRA2 – Anpassung der Codes und der Werkzeuge in die Hochleistungsrechner-Infrastruktur
  • JRA3 – Physik-Integration - Workflow-Orchestration-Werkzeuge
  • JRA4 – Visualisierung

Netzwerkaktivitäten (NA)

Aktivität NA1: Management

NA1 bietet den administrativen Support und das Management für das Konsortium. Neben der Koordination zwischen den verschiedenen Aktivitäten ist NA1 zuständig für die Sicherung und Förderung der Kommunikation zwischen den der Forschungs- und Service-Aktivitäten zur Gewährleistung der Integration der Ergebnisse. Die Verbindungen zu anderen internationalen Projekten und Initiativen, sowohl in Grid und Hochleistungsrechnen, als auch in der Fusions-Gemeinschaft werden ermittelt. Das Management wird eine Verbindung mit den Codebesitzern und -benutzern der Fusions-Gesellschaft aufnehmen, um durch den EUFORIA-Code weitere Computer-Ressourcen für die Forschung in der Physik zu veröffentlichen. Weiterhin wird ermittelt, ob sich zusätzliche Fördergelder der EU und des Konsortiums akquirieren lassen.

Wenn mit der Zeit die verschiedenen Teilbereiche mehr und mehr integriert werden, wird mehr Aufmerksamkeit im Bereich der gemeinsamen Forschungen, sowie bei der Zusammenarbeit zwischen Forschung und Service benötigt. Zusätzlich ist eine effiziente Koordination Voraussetzung für das Erreichen der geplanten Ziele. Ein weiteres Ziel ist es, dass die Weitergebildeten wiederum selbstständig ihr Wissen über das EUFORIA-Projekt weitergeben.

Ein fusions-basiertes Koordinations-Team wird einen guten Technologie-Support innerhalb der Führungsgruppe einsetzen, um die Infrastruktur-Entwicklung und die von ITER benötigten Modellierungs-Anforderungen in Einklang zu bringen und um den Kontakt zur Physik-Entwicklung und zu den Modellierungsaktivitäten innerhalb der ITER-Partner zu gewährleisten.

NA1 Ziele

  • Gewährleisten der administrativen und managementbezogenen Dienste für das Konsortium

Ein erfolgreiches Management wird durch den Erfolg des ganzen Projekts manifestiert und wird erreicht durch eine beständige Weiterentwicklung, die Überwachung der Meilensteine und Entscheidungen innerhalb der Aktivitäten und durch eine Beurteilung der gemachten Fortschritte.

Aktivität NA2: Benutzerdokumentation und Weiterbildung

NA2 wird wissenschaftliche Nutzer mit Dokumentationen und Weiterbildungen unterstützen, um das Hochleistungsrechnen und die Grid-Infrastruktur in diesem Projekt auszuschöpfen. Diese Aktivität umfasst ein Trainingsprogramm, um den Benutzern das Erlangen des benötigten Wissens und das Erreichen der Fähigkeiten zum Benutzen der Infrastruktur zu ermöglichen. Zusätzlich unterstützt das Projekt eine flächendeckende Sammlung an Dokumentationen, in denen Benutzerhandbücher und FAQs beinhaltet sind.

NA2 Ziele

  • Bereitstellen von Dokumenten, FAQs und praktischen Informationen für den Benutzer bezüglich Grid- und Hochleistungsrechner-Infrastruktur
  • Bereitstellen eines flächendeckenden Trainingsprogramms für Entwickler und Benutzer

Aktivität NA3: Dissemination

Die Dissemination ist die Grundlage für die Identifizierung, das Erlangen und das Bereitstellen eines guten Erscheinungsbildes des Projekts und seines Nutzens für die Zielgruppe. Das Erscheinungsbild muss sowohl durch die Betonung der Leistung, die durch den Beitritt der DEISA und der EEGE erzielt worden ist, als auch durch die EUFORIA Grid- und Hochleistungsrechner-Gemeinschaften attraktiv werden. Die Dissemination spielt außerdem durch die Einbringung potentieller Kunden eine Rolle, die durch Teilnahme an Events zur Dissemination beitragen.

Die meisten Benutzer, Entwickler und Gemeinschaften werden ihre ersten Kontakte mit dem EUFORIA-Projekt durch die Dissemination erlangen. Die bereitwillige Annahme des Projekts von der Benutzergemeinschaft wird abhängig von der Qualität und der Effektivität der Aktionen sein, die das Ansehen des Projekts steigern sollen.

NA3 Ziele

  • Verbreitung der Ziele und der Leistungen von Grid und der Supercomputer im Gebiet der Fusion und durch Einbinden und Benutzen der EUFORIA-Infrastruktur
  • Definition verschiedener Verbreitungsmethoden
  • Anbieten von Prospekten
  • Die wissenschaftlichen Gemeinschaften darüber informieren, wie man sich in das Projekt integrieren kann
  • Herbeibringen potentieller Nutzer, sodass diese EUFORIA-Nutzer werden können
  • Gemeinschaften über neue Verbesserungen und Funktionalitäten informieren

Serviceaktivitäten (SA)

Aktivität SA1: Grid-Infrastruktur, Entwicklung und Operationen

Das Ziel dieser Aktivität ist die Bereitstellung erweiterter Grid-Infrastrukturen für die wissenschaftlichen Arbeiten, welche die Fusions-Aktivitäten des europäischen Forschungsraums unterstützen. Das Projekt wird Ressourcen von verteiltem Rechnen in einen kohärenten Grid-Service durch die Aktivierung von Fusionsforschern einbinden, um sich neuen wissenschaftlichen Herausforderungen zu stellen. Die Operationen der Grid-Infrastruktur werden die große verteilte Grid-Infrastruktur aufbauen, integrieren und betreiben.

SA1 Ziele

  • Aufbau und Betrieb des zentralen Services zur Integration von Computerressourcen in eine produktionsreife Grid-Infrastruktur für serielle und parallele Applikationen
  • Koordination der verschiedenen Betreiber
  • Bereitstellen eines Supports für Virtuelle Organisationen (VOs) und Ressourcen-Anbieter, der den Endnutzern, VO-Managern und Seitenmanagern hilft, ihre Ziele zu erreichen und einen Teil zur erfolgreichen Nutzung der Infrastruktur beiträgt.

Ein Ziel dieses Projekts ist die Festigung eines grid-basierten Forschungsraums in Europa. Die Infrastruktur wird mit dem Service der EEGE-Middleware kompatibel sein, sodass eine Standardisierung der Grid-Middleware und der Festigung der Infrastruktur in Europa herbeigeführt werden kann. Deswegen wird das Projekt den Empfehlungen der internationalen Organisationen wie e‐IRG (e-Infrastructure Reflection Group) und OGF (Open Grid Forum) folgen.

Aktivität SA2: HPC Infrastruktur

Die Code-Entwickler in JRA2 verbessern die Codes der Plasma-Fusions-Gemeinschaft. Dazu benötigen die Code-Entwickler und die Wissenschaftler Zugang zu geeigneten Computern und Supercomputern, um den Code zu testen, zu debuggen und auszuführen.

Das Hauptziel von SA2 ist deshalb ein sicherer Zugang zu den Einrichtungen für Hochleistungsrechner und die Supercomputer-Zentren (CSC in Helsinki, BSC in Barcelona und EPCC (UEDIN) in Edinburgh).

SA2 Ziele

Aktivität SA3: Benutzerunterstützung für Hochleistungsrechnen und Grid

SA3 wird Wissenschaftler mit geeigneten Support-Mechanismen unterstützen. Es wird eine Benutzerschnittstelle geben, die einen zentralen Kontaktpunkt anbietet. Dies sorgt für einheitliche Benutzerregistrierungen, Ressourcen-Management, -Verwaltung und ein Help Desk für alle Benutzer. Diese Aktivität stärkt viele andere Aktivitäten, wie zum Beispiel JRA1, JRA2, JRA3 und JRA4.

SA3 Ziele

  • Bereitstellen einheitlicher Benutzeradministration, Ressourcenmanagement, Auswertungen und einem zentralen Help Desk durch eine Benutzerschnittstelle
  • Bereitstellen von Support für ein breites Spektrum an Applikationen innerhalb der Verbesserung von Applikationen im EUFORIA-Projekt

Forschungsaktivitäten (JRA)

Aktivität JRA1: Anpassen der Codes und der Werkzeuge in die Grid-Infrastruktur

In JRA1 wird ausgesuchte Codes der Plasma Transport- und Turbulenz-Simulationen an die Grid-Architektur angepasst. Eine Sammlung sequentieller Codes wird zuerst angepasst. Später werden dann zwei parallele Workflow-Codes im Grid installiert. Einzigartig ist die nahtlose Verbindung serieller und paralleler Workflows. Die gewonnenen Erfahrungen aus der Code-Anpassung sowie dem Datenmanagement wird für die kommenden Fusionssimulationen und -experimente benutzt.

JRA1 Ziele

  • Portierung einer Sammlung sequentieller und sequentiell-paralleler Codes in die Grid-Umgebung
  • Aneignen von Wissen und Erfahrungen bezüglich der Handhabung der Codes und der Daten, die produziert werden

Aktivität JRA2: Anpassen der Codes und der Werkzeuge in die Hochleistungsrechner-Infrastruktur

In JRA2 wird eine Sammlung von Computer-Codes der Plasmaphysik und der Fusion mittels magnetischen Einschlusses so angepasst, dass sie für Supercomputer-Systeme der teilhabenden Hochleistungsrechenzentren verfügbar sind. Die Programme sollen beschleunigt und besser parallelisiert werden, um größere Simulationen rechnen zu können. Die Computercodes werden so gestaltet, dass sie sowohl so effizient wie möglich auf den derzeitigen Terascale-Prozessoren, als auch auf den Petascale-Prozessoren der nächsten Generation, Hochleistungsrechensystemen und als Komponenten innerhalb der Laufzeitumgebung agieren können.

JRA2 Ziele

  • Verbesserung der parallelen Skalierbarkeit der Computercodes
  • Verbessern der Leistung auf modernen Prozessorarchitekturen
  • Anpassen der Codes, so dass sie durch ein Workflow-Orchestration-Werkzeug in einem Rahmenwerk verwendet werden können.

Aktivität JRA3: Workflow-Orchestration

Die Koppelung verschiedener Computermodule und -codes benötigt ein Koordinationselement zur strukturierten Datenmanagement- und Ressourcenplanung. Ein Workflow-Orchestration-Werkzeug erleichtert den Einbindungsprozess und bietet ein Rahmenwerk, in das auch Steuerungselemente und Überwachungselemente eingegliedert werden. Zudem bietet es einen möglichen Zugriff auf standardisiertes Datenmanagement und benutzergesteuerte Nachbearbeitung.

JRA3 Ziele

  • Planung von Aufträgen in der Grid- und Hochleistungsrechner-Infrastruktur zusammen mit denen anderer Recheneinrichtungen, sodass ein Workflow-Orchestrierungs-Werkzeug entsteht, das dynamisch verschiedene Computerarchitekturen verlinken und starten kann
  • Entwickeln einer einzelnen Benutzerschnittstelle, um Benutzeradministration, Benutzeranfragen, Ressourcenmanagement und Überwachung zu unterstützen. Diese Schnittstelle wird die Anforderungen von SA3-Nutzern erfüllen, welche den Service anbieten.

Aktivität JRA4: Visualisierung

JRA4 erstellt eine Sammlung vereinheitlichter Visualisierungs-Werkzeuge für die in der Plattform integrierten Codes. Einige dieser Werkzeuge ermöglichen die Nachbearbeitung der Daten, andere werden in den Kepler-Workflow mit einbezogen, um für Visualisierungen der Ergebnisse während der Ausführung des Workflows zu sorgen. Die Visualisierungs-Werkzeuge, die in JRA4 erzeugt werden, haben existierende Open-Source-Software wie beispielsweise Python, Numpy, Matplotlib, VTK und VisIt zur Grundlage.

JRA4 Ziele

  • Bereitstellen einer Sammlung vereinheitlichter Visualisierungs-Werkzeuge im Kepler Workflow, um auf Visualisierungsdaten auf einem Grid zugreifen zu können.
  • Einbinden von mächtigeren Visualisierungs-Werkzeugen
  • Entwickeln eines verlustbehafteten Wavelet-basierenden Datenkompressions-Werkzeugs, um mit sehr großen Datenmengen umgehen zu können
  • Entwickeln eines spezifischen Visualisierungs-Werkzeugs für eine 4D oder 5D Distributionsfunktion

Weblinks


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