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用大胆的国家研究平台加速科学从想法到出版

NRP网络基础设施生态系统示意图。资料来源:Ben Tolo, SDSC/UC San Diego

位于加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥超级计算机中心(SDSC)响应了国家科学基金会的呼吁,建立一个网络基础设施生态系统,以满足当今数据密集型科学的需求。作为“国家研究平台原型”(NRP),这个创新的、一体化的系统——计算资源、研究和教育网络、边缘计算设备和其他工具——是一个测试平台,为像平台本身一样多样化的科学驱动者提供一个测试平台,以加速科学和实现变革性发现。

对于这种史无前例的资源,NSF在五年内向SDSC提供了500万美元,并为系统运行提供了相应的资金。该奖项将支持三个设施的硬件和部署:位于东海岸的马萨诸塞州绿色高性能计算中心(MGHPCC在马萨诸塞州的霍利奥克山;内布拉斯加大学林肯分校(多人)和在西海岸的SDSC还有五个数据缓存Internet2网络骨干

加州大学圣地亚哥分校校长普拉迪普·k·科斯拉(Pradeep K. Khosla)说:“在美国各地的机构中,超级计算继续为越来越多的科学领域的研究人员提供帮助。”“SDSC在网络基础设施和建立专门为科学研究设计的高性能计算系统方面的创新获得了全国认可。美国国家科学基金会寻求一位国家创新者,以帮助改善进一步增强美国科学发现实力所需的关键资源。”

SDSC临时主任、NRP项目首席研究员Frank Würthwein表示,这些资金将使他和来自SDSC、UNL和MGHPCC的合作研究员能够与研究界合作,探索NRP的实验架构。

Würthwein表示:“NRP为各种科学提供资源和能力,以及系统人员和用户社区的专业知识。”“这是一个旨在增长和包容的开放系统,是学术机构加入国家系统的一种方式,通过他们的参与,扩大和丰富高性能计算生态系统。”

NRP体系结构的关键组件包括研究和教育网络、计算加速器、异构计算资源(例如,仪器位置附近的边缘计算)、内容交付网络,以提供随时、从任何地方轻松访问任何数据、以及一个整体的系统软件堆栈,允许系统的中央管理,同时保持开放的增长。HPC子系统的创新技术特点包括现场可编程门阵列(FPGA)芯片、图形处理单元(gpu)和存储在一个完全集成的极低延迟结构的混合GigaIO

GigaIO首席执行官Alan Benjamin表示:“为这个新的研究平台的可组合架构选择FabreX动态结构,符合我们的使命,即为下一代科学发现提供所需的基础设施灵活性和性能。”

NRP的广泛影响集中在四个主题上:1)通过“带自己的资源(BYOR) /带自己的设备(BYOD)”计划,使代表不足和/或资源不足的研究人员成为NRP的“共同所有者”,从而增强他们的能力;2)社会福祉,侧重健康和灾害应对;3) STEM教育、劳动力发展和外联;4)提高产业竞争力。

伊利诺伊大学芝加哥分校(University of Illinois at Chicago)计算机科学荣誉退休教授、加州大学伯克利分校(University of Illinois at Chicago)的研究科学家托马斯·德·凡蒂(Thomas De Fanti)说,“美国大陆的任何校园都可以从NRP的一些硬件设备上,在不到500英里的范围内访问。高通研究所加州大学圣地亚哥分校

UNL将领导NRP的基础设施运营使用Kubernetes管理三个主站点和Internet2的远程系统,以及BYOR位置。

Kubernetes是许多研究计算领域的新界面和新操作模型。我们很高兴能够在为科学家提供网络基础设施资源的同时,扩大Kubernetes社区的经验,”UNL荷兰计算中心计算机科学研究助理教授Derek Weitzel说。

系统部署将在加州大学圣地亚哥分校的SDSC进行,来自天体物理学、分子动力学、健康科学等多个领域的科学驱动人员将参与其中。例如,国家显微镜和成像研究中心主任(NCMIR)马克·埃利斯曼将考虑NRP如何加强NCMIR与美国国家科学基金会和其他机构的合作,以建立大脑和分子组件的多尺度连接模型,使脑细胞成为已知的最高效的信息媒介。

“这个[项目]的成功将使它与其他国家科学基金会的关键计划更加协调,比如NeuroNex2,”Ellisman指出,他是该项目的小组负责人,他提到了这个技术支持的、基于团队的神经科学项目。

NRP还将支持野火科学研究。例如,SDSC的首席数据科学官伊尔凯·阿尔廷塔斯(Ilkay Altintas)就与研究人员合作开发工具和技术,比如WIFIRE消防队员。NRP将提供紧急计算资源,以支持火灾边界预测,消防管理人员可以在地面上使用这些预测,以确定在哪里最有效地部署消防资源,以实现防火控制。

NRP的多功能性的其他例子包括利用UNL在牲畜管理方面的专业知识,并使用共享的工具进行精确的动物管理,UNL教授Robert Twomey是约翰尼·卡森新兴媒体艺术中心的数字艺术家、研究员和教育家,他们将探索人类和机器感知的诗意交汇。

国家方案项目的结构分为两个不同的阶段:试验台阶段,其中包括科学和工程研究国家方案的评价和扩大(第一至第三年),拨款阶段,涉及广泛采用国家方案资源(第四至第五年)。

“我们希望我们的科学司机不仅使用基础设施,而且在智力上相互影响,形成相互支持的网络,我们通过管理的Slack渠道,以及更多的标准用户支持。我们认为这本身就是一个可扩展的高性能计算系统用户支持的测试平台。”SDSC的co-PI Mahidhar Tatineni说。

NRP将于2022年上半年部署。


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