Program Obliczeń Wielkich Wyzwań Nauki i Techniki (POWIEW) Maciej Cytowski, Maciej Filocha, Maciej E. Marchwiany, Maciej Szpindler Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytet Warszawski
Celem projektu jest udostępnienie w polskich centrach Komputerów Dużej Mocy nowych architektur obliczeniowych, które pozwolą na prowadzenie badań wymagających przetwarzania obliczeniowego o skali dotychczas zarezerwowanej dla nielicznych ośrodków zagranicznych. Projekt jest bezpośrednio realizowany przez konsorcjum stworzone przez: Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego UW (ICM) - koordynator, Akademickie Centrum Komputerowe CYFRONET AGH, Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe (PCSS).
Założenia Infrastruktura projektu POWIEW nie stanowi substytutu środowisk obliczeń kampusowych czy przetwarzania w środowiskach gridowych, Odnosi się do innej klasy problemów obliczeniowych, gdzie nieporównanie większa skala i złożoność łączą się z odpowiedzialnością za wyniki i terminowość ich uzyskania oraz opracowania,
Założenia c.d. Model operacyjny projektu POWIEW zakłada, że powstaną: zespoły rozwoju i optymalizacji dla nowych architektur komputerowych zarówno podstawowego oprogramowania numerycznego, jak i wybranych klas oprogramowania aplikacyjnego, częściowo o charakterze generycznym, co skróci w przyszłości drogę do tworzenia rozwiązań dla konkretnych zastosowań naukowych, technicznych i gospodarczych, zespoły badawczo rozwojowe, o wysokiej kompetencji w konstrukcji modeli obliczeniowych z uwzględnieniem specyfiki nowych technologii komputerowych górnego poziomu.
Kluczowe przedsięwzięcia utworzenie zharmonizowanego systemu zasobów komputerowej infrastruktury obliczeniowej najwyższej wydajności oraz udostępnienie ich, z zapewnieniem wsparcia naukowego i programistycznego, do realizacji projektów o uznanej za szczególnie istotną wartości merytorycznej i udokumentowanych parametrach obliczeniowych, utworzenie krajowego centrum kompetencji w zakresie rozwoju modeli obliczeniowych i ich zoptymalizowanych wersji dla wiodących klas architektur komputerowych generacji petaskalowych, który m.in. przejmie koordynację działań badawczych i rozwojowych w zakresie nauk obliczeniowych o strategicznym znaczeniu w nauce, technice i gospodarce, utworzenie ośrodka kompetencji w dziedzinie wielkoskalowej analizy danych i modelowania wizualnego.
Architektury Wieloprocesorowe systemy o architekturze symetrycznej (SMP), z procesorami o jednostkowej zdolności przetwarzania zmiennoprzecinkowego na poziomie rzędu kilkuset Gflop/s, z możliwością funkcjonowania w środowiskach zrównoleglonych i z dużą pamięcią bezpośrednio adresowaną, wieloprocesorowe systemy MPP zoptymalizowane dla wysoko skalowalnych aplikacji równoleglonych o zrównolegleniu drobnoziarnistym, systemy komputerowe zoptymalizowane dla gruboziarnistych aplikacji zrównoleglonych, systemy wieloprocesorowe akceleracji obliczeń oparte na GPGPU, systemy oparte na akceleratorach FPGA.
Wielkie wyzwania (wybór) Nauki materiałowe: Modelowanie powierzchni i struktur półprzewodnikowych Chemia bioorganiczna: Wielkoprzepustowe modelowanie istotnych funkcjonalnie i terapeutycznie struktur przestrzennych RNA Modelowanie molekularne: Obliczenia kwantowochemiczne dla dużych układów molekularnych Kosmologia: Modelowanie wielkoskalowej struktury Wszechświata Meteorologia: Numeryczne prognozy pogody w wysokiej rozdzielczości Wizualizacja: Wielkoskalowa analiza wizualna
Nauki materiałowe Obliczenia ab initio / DFT (Density Functional Theory), modelowanie powierzchni półprzewodników i struktur półprzewodnikowych, analiza procesów dynamicznych (adsorpcji, desorpcji), wyznaczenie własności fizycznych tranzystorów, określenie własności elektrycznych studni kwantowych.
Chemia bioorganiczna Opracowanie metody wielkoprzepustowego modelowania RNA, stworzenie nowych celów terapeutycznych skierowanych na RNA, rozwój oryginalnego oprogramowania, zautomatyzowanego generowania modeli przestrzennych RNA, dynamika molekularna w polu siłowym CHARMM.
Modelowanie molekularne Dokładne obliczenia struktury elektronowej dużych układów molekularnych, rozwój zaawansowanych modeli kwantowomechanicznych, rozwój wydajnych algorytmów obliczeniowych, wykorzystanie wysoce równoległych architektur sprzętowych (procesorów graficznych), łatwa i wydajna implementacja nowych modeli teoretycznych.
Kosmologia Wielkoskalowe symulacje kosmologiczne na architekturach równoległych, modyfikacje standardowego modelu zimnej ciemnej materii, portowanie i optymalizacja pakietu Gadget, badania ciemnej materii i energii, badanie własności największych obiektów obserwowanych we Wszechświecie (jak kosmiczne pustki), analiza wyników w trakcie obliczeń.
Meteorologia Modelowanie trudnych do prognozowania zjawisk meteorologicznych, uwzględnianie nagłych i niebezpiecznych zjawiska w atmosferze, badanie modeli atmosfery o wysokiej rozdzielczości ( 1,5 km horyzontalnie), zwiększenie stabilności i sprawdzalności modelowania procesów zachodzących w warstwie granicznej atmosfery.
Wizualizacja Ogromna ilość danych, wysoki stopnień interakcji z użytkownikiem, stworzenie nowej jakości w systemach wizualizacyjnych w ramach form, metod i elastyczności prezentacji informacji, wnioskowania i wizualnej analizy danych, opracowanie nowych modeli wizualizacji, nowych algorytmów i nowych procedur, zastosowanie dużych mocy obliczeniowych, rozwiązań wieloprocesorowych i architektur akcelerujących.
Wiedza o programowaniu równoległym Przykładowe działania: Otwarte szkolenia z dziedziny programowania równoległego, wykład ogólnodostępny: Wstęp do programowania równoległego (Uniwersytet Warszawski), szkoły letnie dla studentów.
Współpraca w ramach projektu Programiści HPC zatrudniani w ramach projektu: Informatycy po studiach Studenci współpraca w formie krótkich umów Studenci praktyki letnie Współpraca z naukowcami: Opiekunowie naukowi projektów (w części etatów) Forma współpracy: realizacja projektów obliczeniowych (wielkich wyzwań nauki) w dużej skali
Dziękuje za uwagę www.wielkiewyzwania.pl/