EDGeS@Home

EDGeS@Home (Enabling Desktop Grids for e-Science) — проект добровольных вычислений, построенный на платформе BOINC. Целью проекта является интеграция различных грид-систем (в том числе на платформе BOINC) в рамках проекта EGEE ^[1], разрабатываемого в рамках седьмой рамочной программы Евросоюза (англ. Seventh Framework Programme). В настоящее время единственным активным приложением является модуль AutoDock, решающий задачи в области молекулярного докинга. До мая 2012 г. в рамках проекта единственным расчетным модулем был ISDEP — интегратор стохастических дифференциальных уравнений, используемый для моделирования поведения плазмы в магнитном поле (см. ITER). Проект координируется Лабораторией параллельных и распределенных систем (англ. Laboratory of Parallel and Distributed Systems, LPDS) ^[2] Венгерского центра грид-вычислений (англ. Hungarian Grid Competence Center, MGKK) ^[3].

Вычисления в рамках проекта стартовали в октябре 2009 года ^[4]. По состоянию на 24 мая 2012 года в нем приняли участие более 7 000 пользователей (более 17 000 компьютеров) из 84 стран, обеспечивая интегральную производительность на уровне 2,6 терафлопс ^[4].

Существует мнение ^[5][6][7], что в настоящее время проект работает в тестовом режиме с целью проверки работоспособности ПО. Косвенным подтверждением этого является отсутствие информации о прогрессе вычислений в BOINC Manager (бегунок принимает лишь два значения: 0 % или 100 %), отсутствие сохранения промежуточных результатов расчетов (например, при выключении компьютера), отсутствие смены версий расчетного модуля и каких-либо новостей о текущих результатах расчетов, что нетипично для большинства активно работающих проектов.

Текущие проекты

ISDEP

С октября 2009 по май 2011 гг.^[8] единственным активным приложением являлся расчетный модуль ISDEP (англ. Integrator of Stochastic Differential Equations for Plasmas), реализующий моделирование поведения высокотемпературной плазмы в присутствии электромагнитного поля ^[9][10]. Термоядерный синтез является одной из перспективных и в то же время достаточно сложных технологий получения энергии без загрязнения окружающей среды (выбросами углекислого газа или радиоактивными отходами). Кроме того, термоядерные реакторы безопаснее существующих ядерных, основанных на реакции деления тяжелых ядер. В настоящее время страны Евросоюза при поддержке США, России, Индии, Китая, Кореи, Казахстана, Канады и Японии работают над созданием на юге Франции экспериментального термоядерного реактора ITER с целью экономически эффективного производства электроэнергии. Предсказание и оптимизация поведения плазмы в реакторе требует больших вычислительных мощностей. Национальная лаборатория плазмы (англ. National Fusion Laboratory) в CIEMAT разработала код программы, выполняющий необходимые расчеты. Впоследствии код был портирован для использования в составе проекта EDGeS@Home.

Основной задачей управляемого термоядерного синтеза является электромагнитное удержание достаточного количества плазмы высокой плотности достаточно продолжительное время. Внутри реактора топливо (смесь дейтерия и трития) находится в состоянии плазмы: почти все атомы ионизированы и находятся под воздействием электромагнитных сил. Различия в поведении положительно и отрицательно заряженных частиц под действием электромагнитного поля являются причиной уникального поведения плазмы, существенно отличного от известных агрегатных состояний вещества (твердые тела, жидкости и газы). Основная идея проекта — заставить двигаться заряженные частицы по окружности, следуя за линиями напряженности магнитного поля (англ. Larmor rotation). Существует два вида термоядерных реакторов: токамаки и стеллараторы. При их работе необходим учет эффектов, отличающихся от идеализированного случая:

• магнитное поле неоднородно ввиду конструктивных особенностей используемого тороидального магнита;
• в процессе реакции приблизительно 10²³ частиц взаимодействуют друг с другом.

В результате этого возникает эффект collisional transport , выражающийся в потере части частиц и тепла на границах центральной зоны реактора. Указанный механизм должен быть хорошо предсказуем и управляем для достижения высокой производительности реактора, что и является целью проводимых исследований. Одной из задач проекта является преодоление некоторых ограничений (линеаризации, невозможность моделирования сложной формы геометрии реактора) стандартных подходов в процессе моделирования эффекта путём численного решения стохастических дифференциальных уравнений с использованием метода Рунге-Кутта ^[11]. Данная задача хорошо поддается распараллеливанию с использованием грид: каждый компьютер считает одну или несколько траекторий движения ионов плазмы. Полученные результаты (траектории движения частиц) собираются вместе и анализируются статистически, что позволяет изучение свойств эффекта collisional transport на новом уровне: при монотонном увеличении температуры и плотности потока частиц, изучение недиффузного транспорта (англ. non-diffusive transport), асимметрии магнитных поверхностей и немаксвелловских функций распределения.

Код ISDEP разработан таким образом, что отдельные узлы не требуют обмена данными друг с другом во время проведения расчетов. Типичная симуляция поведения плазмы заключается в запуске множества идентичных заданий, отличающихся только значениями псевдослучайных чисел, используемых в ходе моделирования. Полученные данные собираются и анализируется совместно. Для получения адекватных результатов потребуется 10-15 лет вычислительного времени с использованием грид.

В перспективе дальнейших исследований — учет корпускулярно-волновых взаимодействий частиц, их резонансов и неустойчивостей плазмы.

Код проекта разработан при участии Института биовычислений и физики сложных систем (англ. Institute of Biocomputacion and Physics of Complex Systems, BIFI), Университет Сарагоссы (англ. University of Zaragoza); Национальной лаборатории плазмы (англ. National Fusion Laboratory), Центр энергетики, экологических и технологических исследований (англ. Centre of Energetic, Environmental and Technological Research) и Мадридского университета Комплутенсе (англ. Complutense University of Madrid).

Приложение ISDEP также может выдавать задания через испанский грид-проект Ibercivis ^[12]. Администраторы проекта EDGeS@Home утверждают ^[13], что используется одно приложение (ISDEP) с разными наборами данных для расчета. В настоящее время выдача заданий приостановлена для ISDEP в Ibercivis приостановлена. Возможной причиной этого может являться попытка создания единой европейской грид-инфраструктуры в рамках проекта EDGeS@Home ^[14], включающего в себя дочерние гриды (например, Ibercivis, SZTAKI Desktop Grid, AlmereGrid, грид университета Вестминстера и т.д.).

Вычисления в рамках данного подпроекта завершены 21 мая 2011 г.^[8]

AutoDock

21 мая 2011 г. был анонсирован^[15] новый расчетный модуль AutoDock, направленный на решение задач в области молекулярного докинга.

Будущие проекты

К запуску планируется еще ряд проектов ^[16], однако задания для них пока не выдаются.

Научные достижения

Примечания

Ссылки

• Список проектов на платформе BOINC
• Официальный сайт проекта
• Все Российские команды (недоступная ссылка)
• Все Российские участники (недоступная ссылка)
• Help solving the world’s energy crisis with EDGeS@Home
• Kinetic Simulation of Heating and Collisional Transport in a 3D Tokamak (abstract)
• Kinetic Simulation of Heating and Collisional Transport in a 3D Tokamak (article)
• The Particle Flux Structure and the Search for a Flux-Expansion Divertor in TJ-II
• Flux-expansion divertor studies in TJ-II
• ZIVIS: A City Computing Platform Based on Volunteer Computing (недоступная ссылка)
• ISDEP в работе (видео на YouTube)
• EDGeS: A Bridge between Desktop Grids and Service Grids (недоступная ссылка)
• Enabling Desktop Grids for e-Science (видео на YouTube)
• Краткое описание проекта на rechenkraft.net (на немецком)

Обсуждение в форумах:

• distributed.ru
• distributed.org.ua

См. также

• Добровольные вычисления
• BOINC
• ITER
• EGEE