Nr 1, marzec 2015

PLGrid Newsletter (marzec 2015) str. 1

NewsletterInfrastruktura PLGriddla wspomagania Polskiej Naukiw Europejskiej Przestrzeni Badawczej

Infrastruktura PLGrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Użytkownicy, granty, zespoły . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Nowe usługi i narzędzia w infrastrukturze PLGrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Usługi ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Katalog Aplikacji – czyli co i gdzie oferuje PLGrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Usługi dedykowane wybranym dziedzinom nauki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 DataBank (Matematyka) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

ModFEM (Metalurgia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Rozmowy z ekspertami gridów dziedzinowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Energetyka Jądrowa i CFD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Hydrologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Meteorologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Zespoły. Od listopada 2014 utworzonych zostało 48 no-wych zespołów użytkowników i obecnie liczba aktywnych ze-społów zarejestrowanych w Portalu PLGrid wynosi 588.

Granty. Liczba aktywnych grantów osobistych na początku lutego 2015 wynosiła 3103, a zarejestrowanych grantów wła-ściwych było 173.

Helpdesk. Użytkownicy aktywnie korzystają z usług wspar-cia w systemie Helpdesk, o czym świadczy 113 nowych pro-blemów zgłoszonych w ostatnim miesiącu do tego systemu. Liczba zgłoszeń rozwiązanych w tym okresie wyniosła 126.

Infrastruktura PLGridUżytkownicy, granty, zespoły, …

Użytkownicy. Miło nam poinformować, że pod koniec stycznia br. przekroczyliśmy liczbę 3000 aktywnych użytkow-ników infrastruktury PLGrid, a na początku lutego 2015 w Por-talu PLGrid było zarejestrowanych już 3018 kont. Oznacza to, że od listopada 2014 zanotowaliśmy przyrost liczby użytkowni-ków infrastruktury PLGrid o 432 osoby. Z kolei liczba użytkow-ników posiadających certyfikat uprawniający do wykonywania obliczeń w trybie gridowym wzrosła w tym czasie z 1397 do 1578 osób.

Nowe usługi i narzędzia w infrastrukturze PLGrid

talu PLGrid (https://portal.plgrid.pl) niezbędne jest posiadanie konta użytkownika, które również można założyć w Portalu.

Poniżej przedstawiamy krótkie opisy tych nowych usług, a więcej informacji o wszystkich dostępnych usługach w infra-strukturze PLGrid można znaleźć w Podręczniku Użytkownika, udostępnianym ze strony www.plgrid.pl.

W ostatnich miesiącach, w infrastrukturze PLGrid zostały zaimplementowane kolejne usługi ogólnego zastosowania, oraz zorientowane dziedzinowo, przygotowane w ramach prac prowadzonych w projektach PLGrid Plus i PLGrid NG, we współpracy z naukowcami z dziedziny Energetyki Jądrowej i CFD, Hydrologii i Meteorologii. Do aktywowania usług w Por-

str. 2 PLGrid Newsletter (marzec 2015)

Usługi ogólneKatalog Aplikacji – czyli co i gdzie oferuje PLGrid

https://aplikacje.plgrid.pl

o stanie infrastruktury z możliwością wybrania opcji automa-tycznego powiadamianiu o zmianach, awariach czy planowa-nych przestojach.

W odpowiedzi na powyższe zapotrzebowanie użytkow-ników, w ramach infrastruktury PLGrid została uruchomiona i oddana do użytkowania usługa Katalog Aplikacji (https://apli-kacje.plgrid.pl), prezentująca w jednym miejscu i w jednolity sposób pełną i aktualną ofertę infrastruktury dotyczącą opro-gramowania, z podziałem na poszczególne ośrodki, klastry oraz kategorie i dziedziny zastosowania.

Podstawową funkcjonalnością usługi Katalog Aplikacji jest umożliwienie użytkownikom przeszukiwania oferty PLGrid oraz prezentacja szczegółowej informacji o udostępnianych w ramach infrastruktury aplikacjach, ich wersjach oraz insta-lacjach na konkretnych klastrach. Ze względu na różny stopień zaawansowania użytkowników, funkcjonalność wyszukiwania dostępna jest w dwóch trybach: prostym i zaawansowanym. Tryb „prosty” (Rysunek 1) wzorowany jest na znanym większo-ści użytkowników interfejsie wyszukiwarki Google, a użytkow-nikowi po wpisaniu wyszukiwanego hasła (nazwy aplikacji, wersji, słowa kluczowego) prezentowana jest lista wyników. Dodatkowo, na stronie głównej usługi prezentowana jest ak-tualna informacja o liczbie oferowanych aplikacji, wersji i in-stancji. Strona oferuje również możliwość przejścia do pełnej oferty infrastruktury.

Tomasz Piontek, PCSS

W rozproszonej infrastrukturze obliczeniowej, jaką jest in-frastruktura PLGrid, oferującej setki aplikacji i narzędzi często w wielu odmiennych wersjach na różnych klastrach, koniecz-ne jest udostępnienie użytkownikom dynamicznej informacji o pełnej ofercie infrastruktury oraz zapewnienie administra-torom infrastruktury narzędzi do efektywnego monitorowania i zarządzania powyższą ofertą. Fakt, że infrastruktura PLGrid składa się z wielu klastrów obliczeniowych zlokalizowanych w pięciu ośrodkach, powoduje, że często potencjalni lub na-wet aktywni użytkownicy nie mają pełnej wiedzy, jakie opro-gramowanie jest dostępne w ramach infrastruktury i w którym z ośrodków. Brak tej pełnej informacji o ofercie powodował dotychczas, że osoby potencjalnie zainteresowane wykorzy-staniem w pracach naukowych zasobów infrastruktury PLGrid nie mogły sprawdzić czy wymagane przez nie oprogramowanie jest dostępne i w jakich wersjach. Równocześnie, w przypad-ku użytkowników infrastruktury, utrudniało to m.in. właściwe wnioskowanie o przydział zasobów obliczeniowych w poszcze-gólnych ośrodkach z uwzględnieniem na tym etapie faktu, czy dany ośrodek udostępnia konkretne aplikacje. Ponadto, w tak dużej i złożonej infrastrukturze podlegającej ciągłym i dyna-micznym zmianom, do efektywnego planowania swoich prac obliczeniowych użytkownicy potrzebują aktualnej informacji

Rys. 1. Strona główna Katalogu Aplikacji, tryb prostego wyszukiwania

PLGrid Newsletter (marzec 2015) str. 3

rych są one udostępniane. Strona listy wyników oferuje do-datkowe zaawansowane mechanizmy wyszukiwania poprzez rozszerzenie warunków wyszukiwania o kolejne kryteria, takie jak np. kategoria, słowa kluczowe, status aplikacji, czy klaster, co pozwala wyszukać oprogramowanie dedykowane danemu problemowi badawczemu, metodzie rozwiązania zadanego problemu lub zawęzić poszukiwania do wybranych klastrów.

Elementy oferty spełniające zadane kryteria wyszukiwa-nia prezentowane są na liście wyników zgodnie z wybranym trybem (aplikacje, wersje, instancje) oraz zakresem szczegó-łowości (Rysunek 2). Dla wyszukanych aplikacji, obok ich na-zwy, prezentowane są dodatkowo m.in. opis, lista słów kluczo-wych, status, nazwa modułu, a także link do oficjalnej strony aplikacji. Po zmianie trybu, użytkownikom prezentowana jest lista wersji poszczególnych aplikacji wraz z klastrami, na któ-

Rys. 2. Strona listy wyników, zaawansowane wyszukiwanie

przez użytkowników, dynamiczna, zbiorcza informacja o sta-nie wszystkich instancji aplikacji w całej infrastrukturze (Rysu-nek 4) oraz zbiorcza informacja o domyślnych modułach dla danej aplikacji na poszczególnych klastrach. Ponadto, w kolej-nych zakładkach udostępniany jest zestaw przypadków użycia (opisów typowych eksperymentów wraz z wszystkimi plikami wejściowymi i poprawnym, spodziewanym wynikiem), które mogą posłużyć jako przykłady przy nauce korzystania z danej aplikacji. Na ostatniej zakładce dostępna jest lista wiadomości wygenerowanych przez system i dotyczących danej aplikacji.

Po wyborze konkretnej aplikacji wyświetlana jest strona prezentująca szczegółowe informacje o danej aplikacji po-dzielone na tematyczne zakładki (Rysunek 3). W pierwszej zakładce prezentowane są ogólne informacje o aplikacji, ta-kie jak: opis, status, moduł, data wprowadzenia do oferty i, opcjonalnie, data wycofania, informacje o ewentualnych przestojach oraz o producencie i stronie domowej aplikacji. Poniżej, prezentowana jest lista dostępnych wersji i instancji danej aplikacji. Na dodatkowych zakładkach udostępniana jest szczegółowa informacja pomocnicza, taka jak: dokumentacja użytkownika, która może być rozszerzana i modyfikowana

str. 4 PLGrid Newsletter (marzec 2015)

Rys. 3. Strona szczegółowych informacji o aplikacji

Rys. 4. Monitoring aplikacji

PLGrid Newsletter (marzec 2015) str. 5

ry PLGrid posiadających wiedzę o poszczególnych aplikacjach zachęcamy do współudziału w tworzeniu treści prezentowa-nych w usłudze. Każdy zalogowany użytkownik może edyto-wać dokumentację. Zachęcamy również użytkowników z do-świadczeniem w używaniu konkretnych aplikacji do podjęcia się roli Globalnego Opiekuna Aplikacji, odpowiedzialnego za weryfikację oraz merytoryczny poziom opisów i przykładów. O przyznanie roli Opiekuna Aplikacji można wnioskować na stronie konkretnej aplikacji.

Szczegółowa dokumentacja opisująca pełną funkcjonal-ność Katalogu Aplikacji dostępna jest w ramach Podręcznika Użytkownika infrastruktury PLGrid pod adresem https://docs.plgrid.pl/katalog_aplikacji.

Katalog Aplikacji rozwijany jest przez zespół z Poznań-skiego Centrum Superkomputerowo Sieciowego. Wszelkie problemy oraz wnioski o zmianę, bądź rozszerzenie funkcjo-nalności, prosimy kierować na adres qcg@plgrid.pl lub zgła-szać w systemie Helpdesk (https://helpdesk.plgrid.pl).

W odpowiedzi na zapotrzebowanie użytkowników, Katalog Aplikacji w prosty sposób umożliwia subskrypcję powiado-mień, w formie wiadomości e-mail, o zdarzeniach w infrastruk-turze dotyczących konkretnych elementów oferty. Włączenie bądź anulowanie subskrypcji sprowadza się do naciśnięcia przycisku „Obserwuj”, odpowiednio przy aplikacji, wersji bądź instancji. Po zapisaniu się na powiadomienia, użytkownik na adres e-mail podany podczas rejestracji w infrastrukturze PLGrid otrzymywać będzie wiadomości, np. o wprowadzeniu do oferty nowej wersji czy instancji aplikacji, o awariach apli-kacji czy o planowanych przestojach w infrastrukturze. Lista obserwowanych przez użytkownika elementów wyświetlana jest w jego profilu użytkownika, w którym dodatkowo może on czasowo wyłączyć otrzymywanie wiadomości czy zmienić ustawienia Katalogu Aplikacji.

Katalog Aplikacji będzie tym lepszy i bardziej przydatny, im więcej osób zaangażuje się w tworzenie opisów aplikacji i przypadków użycia. Wszystkich użytkowników infrastruktu-

Usługi dedykowane wybranym dziedzinom nauki

Usługa przeznaczona jest do równoległego i wielosesyjne-go gromadzenia i monitorowania danych do celów analiz ma-tematycznych i statystycznych. DataBank umożliwia zbieranie i przechowywanie danych dowolnego typu. Usługa ta powsta-ła z myślą o pomocy w zbieraniu danych do badań naukowych.

Aby skorzystać z usługi, należy mieć założone konto w Por-talu PLGrid i aktywną usługę „Globalny dostęp QosCosGrid”. Usługa DataBank dostępna jest w zakładce „Moje konto”, w sekcji „Platforma dziedzinowa: Matematyka”. Adres dostę-powy usługi: http://databank.plgrid.pl/redcap/ .

Więcej informacji: https://docs.cyfronet.pl/display/PLG-Doc/Matematyka%3A+DataBank

DataBank (platforma dziedzinowa: Matematyka)

ModFEM (platforma dziedzinowa: Metalurgia)W ramach usługi udostępnione jest oprogramowanie do symulacji przepływu ciekłych metali, wykorzystujące równoległą

adaptacyjną metodę elementów skończonych. Aplikacja ModFemMet pozwala na modelowanie pola prędkości, ciśnień i tem-peratury w cieczach, ze szczególnym uwzględnieniem metali. W celu zagwarantowania właściwego odwzorowania właściwo-ści w zależności od temperatury, stosowana jest aproksymacja odcinkami liniowa parametrów materiałowych.

Aplikacja ModFemMet jest wygenerowana ze szkieletu pro-gramowego ModFEM, który zalicza się do kategorii Otwartego i Wolnego Oprogramowania (WiOO; ang. FLOSS – Free Libre/Open Source Software). ModFEM, dzięki swojej unikalnej archi-tekturze modularnej, pozwala łatwo generować aplikację, po-zostawiając użytkownikowi dużą elastyczność i wolność wyboru odnośnie tego, co ma być przedmiotem symulacji, w jaki sposób ma ona przebiegać i jaki sprzęt ma być wykorzystywany do ob-liczeń.

Aby skorzystać z usługi, należy mieć założone konto w Porta-lu PLGrid i aktywną usługę „Globalny dostęp QosCosGrid”. Usłu-ga ModFEM dostępna jest w zakładce „Moje konto”, w sekcji „Platforma dziedzinowa: Metalurgia”.

Więcej informacji: https://docs.cyfronet.pl/display/PLGDoc/Metalurgia%3A+ModFEM

str. 6 PLGrid Newsletter (marzec 2015)

Rozmowy z ekspertami gridów dziedzinowychnauki będzie nie tylko lepsze wykorzystanie dostępnych mocy obliczeniowych, ale przede wszystkim stałe podnoszenie po-ziomu naukowego badaczy danej dyscypliny. Poniżej przed-stawiamy więcej informacji na temat trzech kolejnych gridów dziedzinowych projektu PLGrid NG.

Gridy dziedzinowe to unikatowa inicjatywa, łącząca wiedzę ekspertów z inżynierią oprogramowania i wsparciem technicz-nym. Połączenie takie pozwala na maksymalnie efektywne wykorzystanie infrastruktury PLGrid przez jej użytkowników. Bezpośrednim efektem utworzenia gridu dla danej dziedziny

Informacji na temat usług i ich zastosowania udzielili nam naukowcy z Wydziału Energetyki i Paliw AGH w Krakowie:

dr. inż. Mikołaj Oettingenkierownik usługi MCB

mgr inż. Tomasz Siwekkierownik usługi RoMa

rii wywołane promieniowaniem jądrowym, 2) ROMA – zbu-dowanie systemu umożliwiającego prowadzenie optymaliza-cji maszyn rotodynamicznych z wykorzystaniem technik CFD w ramach infrastruktury PLGrid.

W ramach gridu dziedzinowego Energetyka Jądrowa i CFD prowadzone są prace związane z wdrożeniem dwóch usług: 1) MCB – analiza i projektowanie złożonych systemów ją-drowych, zarówno eksperymentalnych jak i przemysłowych, w których przedmiotem zainteresowania są zmiany w mate-

Jakie zagadnienia są przedmiotem Waszych badań i prac w projekcie PLGrid NG?

dynamicznych maszyn energetycznych. Rotodynamiczne ma-szyny przepływowe są podstawowymi elementami wielu tech-nologii energetycznych – od instalacji zawodowych o zasięgu krajowym po urządzenia gospodarstwa domowego. Zadaniem maszyn tego typu jest przekonwertowanie energii zawartej w płynie na pracę przekazaną na wał obrotowy maszyny lub odwrotnie. Ilość przekazywanej energii znacznie zależy od wielkości i przeznaczenia maszyn: turbiny parowe i gazowe w elektrowniach zawodowych – 100-900 MW, turbiny wodne – 5kW-200 MW, turbiny wiatrowe – 10kW-2MW, pompy, wen-tylatory i sprężarki – 0,1kW-4MW. Nowe normy prawne, w tym postanowienia Pakietu Energetyczno-Klimatycznego i ich na-stępstwa, obligują nas do bardziej efektywnego wykorzysty-wania zasobów energetycznych. Celem optymalizacji maszyny jest zaproponowanie rozwiązania konstrukcyjnego zaspoka-jającego projektową potrzebę, dla którego maszyna będzie pracować z najlepszą efektywnością energetyczną (najmniej-sze zużycie energii pierwotnej, najmniejsze zanieczyszczenia, ograniczenie hałasu, najlepsze uwarunkowania ekonomiczne). Współczesne narzędzia do projektowania i optymalizacji ma-szyn tego typu bazują na metodach numerycznych, których mankamentem jest zapotrzebowanie na bardzo duże moce obliczeniowe, stąd umiejscowienie usługi na superkompute-rach działających w ramach infrastruktury PLGrid.

W ramach projektu prowadzimy prace dotyczące Ener-getyki Jądrowej oraz CFD. Pierwsze zagadnienie dotyczy mo-delowania numerycznego systemów jądrowych, czyli takich, w których występują zjawiska związane z emisją i oddziały-waniem promieniowania jądrowego z materią. Takimi syste-mami są np. detektory promieniowania, źródła promienio-wania, osłony radiacyjne, pojemniki na odpady jądrowe, ale również bardziej zaawansowane systemy, np. energetyczne reaktory jądrowe. W swojej pracy skupiamy się głównie na tych ostatnich. Obecnie światowe tendencje wskazują na po-nowny wzrost wykorzystania energetyki jądrowej do produkcji czystej, wolnej od emisji gazów cieplarnianych energii. Prace koncepcyjne nad nowymi typami reaktorów jądrowych, tzw. reaktorów IV Generacji, wymagają dedykowanych narzędzi numerycznych pozwalających na dokładne odwzorowanie zjawisk fizycznych zachodzących w systemie oraz oceny jego niezawodności i stopnia bezpieczeństwa. W ramach projektu PLGrid NG zajmujemy się głownie implementacją dedykowa-nego programu Monte Carlo MCB na komputerach wysokiej mocy obliczeniowej w celu zwiększenia precyzji otrzymywa-nych wyników numerycznych.

Drugi obszar dotyczy zagadnień CFD, tj. komputerowej mechaniki płynów, ze szczególnym naciskiem na zastosowanie metod numerycznych w optymalizacji parametrów pracy roto-

Gridowe usługi obliczeniowe z dziedziny „Energetyka Jądrowa i CFD”

PLGrid Newsletter (marzec 2015) str. 7

Jakie prace zostały zaplanowane, aby rozwiązać powyższe zagadnienia /problemy?

tod Monte Carlo. Pozwoli ona na dokładne odwzorowanie geometrii oraz składu materiałowego danego systemu oraz symulacje jego zachowania podczas normalnej pracy, jak i sy-tuacji awaryjnych, co jest podstawą do oceny jego bezpieczeń-stwa. Głównymi obszarami symulacji są zagadnienia związane z transportem promieniowania neutronowego oraz zmiany materiałowe powstałe na skutek jego oddziaływania z mate-rią, szczególnie z paliwem jądrowym.

W ramach prowadzonych prac zostaną zaimplementowane dwie usługi: MCB i ROMA. Pierwsza z nich dotyczy dziedziny Energetyki Jądrowej, natomiast druga optymalizacji parame-trów pracy rotodynamicznych maszyn energetycznych z wyko-rzystaniem technik CFD (ang. Computational Fluid Dynamics).

Usługa MCB umożliwi modelowanie numeryczne fizyki zaawansowanych systemów jądrowych, takich jak energe-tyczne i naukowe reaktory jądrowe, dzięki zastosowaniu me-

Rys. 1. Logo usługi MCB

Dla najszybszego otrzymania optymalnego rozwiązania ko-nieczne jest wykorzystanie technik planowania eksperymentu (przewidziana dostępność planów eksperymentu: CCD – Cen-tral Composite Design, Optimal Space-Filling, niestandardowe – własne). W oparciu o wyniki obliczeń na bazie macierzy eks-perymentu numerycznego zakłada się wygenerowanie prze-strzeni odpowiedzi z wykorzystaniem następujących algoryt-mów dopasowania: Full Second-Order Polynominal, Kriging, Non-parametric Regression, Neutral Network. W kolejnym kroku typowane są próbki – „kandydaci” optymalnego roz-wiązania (procedury optymalizacji: Screening, Multi-Objective Genetic Algorithm, Nonlinear Programming) i po sprawdzeniu następuje zakończenie optymalizacji maszyny. Tworzona usłu-ga ma umożliwiać użytkownikowi w łatwy, przejrzysty sposób łączenie wielu narzędzi w celu rozwiązania problemów związa-nych z procedurą optymalizacji maszyn płynowych.

Założeniem drugiej usługi jest zbudowanie systemu umoż-liwiającego prowadzenie optymalizacji maszyn rotodynamicz-nych z wykorzystaniem technik CFD w ramach klastra oblicze-niowego. Prowadzenie optymalizacji wymaga zaangażowania w procedurę obliczeniową kilku niezależnych programów wy-mieniających między sobą dane w procesie analizy parame-trycznej. W ramach badania jednego zestawu parametrów wejściowych (wymiary geometryczne, stałe materiałowe, wa-runki brzegowe, itp.) zakłada się przejście wedle następujące-go schematu:

1. Przygotowanie lub aktualizacja geometrii (programy z grupy CAD).

2. Generowanie siatki numerycznej (Ansys Meshing, TurboGrid, ICEM CFD).

3. Przyjęcie modelu matematycznego i rozwiązanie za-dania (Ansys CFX, Fluent).

4. Obróbka wyników obliczeń (post-processing).

wanych systemów jądrowych. Główną zaletą usługi będzie jej wszechstronność, pozwalająca na implementację dowolnej geometrii systemu jądrowego bez ograniczeń w stopniu jej skomplikowania. Ponadto zostanie udostępniony przejrzysty podręcznik użytkownika zawierający przykłady użycia poszcze-gólnych funkcji usługi MCB.

Wynikiem prac będzie implementacja usługi MCB na kom-puterach dużej mocy obliczeniowej wraz z udostępnieniem przykładowych modeli numerycznych reaktorów jądrowych i bibliotek danych jądrowych niezbędnych do przeprowa-dzenia symulacji numerycznej. Przyszły użytkownik otrzyma w pełni zintegrowane narzędzie do obliczeń fizyki zaawanso-

Co będzie wynikiem prowadzonych prac?

Rys. 2. Wizualizacja modelu numerycznego rdzenia reaktora jądrowego IV Generacji, chłodzonego ciekłym ołowiem, opracowanego przy pomocy usługi MCB

str. 8 PLGrid Newsletter (marzec 2015)

mach pakietów ANSYS lub pokrewnych. Ważnym elementem usługi będzie zaimplementowanie platformy Workbench, tj. zintegrowanego środowiska symulacji przepływów i zjawisk sprzężonych do zarządzania projektem w ramach usługi RoMa. Szczególnie istotne z punktu widzenia użytkownika jest zsyn-chronizowanie procedury zlecania zadań obliczeniowych (pro-jektowanych na platformie Workbench) z systemem kolejko-wym klastra.

W drugim przypadku, zasadniczym celem zadania nie jest opracowanie nowego modelu obliczeniowego, a stworzenie czytelnego algorytmu procedury optymalizacyjnej maszyn ro-todynamicznych, w tym opracowanie skryptów przekazywa-nia informacji (plików) pomiędzy poszczególnymi programami wchodzącymi w skład procedury, a także narzędzi zarządzają-cych danymi wejściowymi i wyjściowymi oraz uruchamianiem analizy parametrycznej. Zakłada się, iż cały system będzie ba-zował na komercyjnym oprogramowaniu oferowanym w ra-

Rys. 3. Wybrane składniki usługi RoMa (meshowanie, pre-processing i post-processing)

Co umożliwią, teraz lub w przyszłości, wyniki i rozwiązania uzyskane dzięki współpracy realizowanej w ramach projektu PLGrid NG?

mi na kolejne wykorzystanie infrastruktury PLGrid. Tym samym opracowane wyniki i rozwiązania mogą przyczynić się do po-wstania think-tanku opartego na dotychczasowych doświad-czeniach zdobytych podczas projektu i służącego w przyszłości do prowadzenia kolejnych prac wdrożeniowo-rozwojowych.

Główną zaletą uczestnictwa w projekcie PLGrid NG jest możliwość szeroko pojętej współpracy między poszczególnymi instytucjami zaangażowanymi w realizację projektu. Stanowi to nieocenioną pomoc w pracach nad implementacją usług rozwijanych przez grid dziedzinowy Energetyka Jądrowa i CFD. Udział w projekcie stanowi szczególną platformę wymiany in-formacji pomiędzy partnerami, co skutkuje nowymi pomysła-

W jaki sposób infrastruktura PLGrid będzie wykorzystana do prac prowadzonych w opisanych zagadnieniach związanych z Energetyką Jądrową i CFD?

przepływowych ściśle wiążą się z wielkością siatek numerycz-nych (wynik dyskretyzacji modelu), te z kolei determinują ilość zużytej pamięci RAM i ilość rdzeni CPU dla akceptowalnego czasu trwania obliczeń. Z doświadczeń zgromadzonych w ra-mach prac obliczeniowych prowadzonych w Katedrze Maszyn Cieplnych i Przepływowych AGH wynika, że obliczenia jedne-go punktu projektowego maszyn (jeden zestaw parametrów) mogą trwać od kilku godzin do kilku dni (duże modele) na 16 rdzeniach i z wykorzystaniem 164 GB pamięci operacyjnej. Zaangażowanie superkomputerów w procedury obliczeniowe z wykorzystaniem technik CFD jest wręcz konieczne dla roz-wiązywania zaawansowanych naukowych zagadnień dotyczą-cych projektowania maszyn płynowych.

Usługa MCB wykorzystuje metody Monte Carlo do mo-delowania transportu promieniowania w zdefiniowanym sys-temie jądrowym. Umożliwiają one modelowanie systemów jądrowych o skomplikowanej geometrii, lecz wymagają kom-puterów o dużej mocy obliczeniowej, aby osiągnąć dostatecz-ną precyzję wyników symulacji. Takie komputery dostępne są w ramach infrastruktury PLGrid – klastry Zeus i Mars, jak i przyszły klaster Prometheus. Implementacja usługi MCB na tych komputerach pozwoli na znaczne zredukowanie czasu obliczeń, z jednoczesnym podwyższeniem ich precyzji.

Usługa RoMa, podobnie jak MCB, bazuje na metodach numerycznych wymagających dużej mocy obliczeniowej. Do-kładność odwzorowania, skala modelu oraz charakter zjawisk

PLGrid Newsletter (marzec 2015) str. 9

Gridowe usługi obliczeniowe z dziedziny „Hydrologia”Informacji na temat usług i ich zastosowania udzielili nam naukowcy z Wydziału Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska

Uniwersytetu Wrocławskiego:

dr hab. Tomasz Niedzielskiprof. UWr

koordynator gridu dziedzinowego „Hydrologia”

mgr Bartłomiej Miziński ekspert dziedzinowy,

przedstawiciel w Radzie Tech-nicznej Gridów Dziedzinowych

mgr MałgorzataŚwierczyńska

ekspert dziedzinowy

Magdalena Stecekspert dziedzinowy

Jakie zagadnienia są przedmiotem badań zespołu i prac gridu dziedzinowego „Hydrologia” w projekcie PLGrid NG?

du i ewapotranspiracji. Szacowanie przyszłych sum opadu re-alizowane jest przez mezoskalowe modele meteorologiczne, które często nie dostarczają informacji o ewapotranspiracji. Istnieje zatem potrzeba przygotowania usługi realizującej wy-znaczanie ewapotranspiracji potencjalnej i jej prognoz w cza-sie rzeczywistym, co będzie stanowić istotne wsparcie dla ze-społów zajmujących się modelowaniem hydrologicznym.

Prognozy zmian poziomu oceanu mają znaczenie nie tylko dla żeglugi morskiej, ale też dla przewidywania wielkoskalo-wych oscylacji klimatycznych, których sygnał widoczny jest w zmiennej w czasie topografii oceanu światowego. Szcze-gólnie interesującym zjawiskiem, które wpływa znacząco na lokalne zmiany poziomu okołorównikowego Pacyfiku, jest oscylacja El Niño/Southern Oscillation (ENSO). Ma ona dwie główne fazy – ciepłą (El Niño) oraz chłodną (La Niña), pod-czas których w anomalny sposób zmienia się wiele parame-trów oceanu i atmosfery oceanicznej. Zjawiskom El Niño i La Niña towarzyszą liczne katastrofy środowiskowe w różnych obszarach Ziemi, na przykład powodzie, susze czy fale mro-zów. Ciepłe lub chłodne epizody ENSO występują co 2–7 lat, zawsze pod koniec roku, w okresie Świąt Bożego Narodzenia. Przewidywanie ENSO jest zadaniem trudnym, gdyż El Niño lub La Niña nie występują regularnie każdego roku. Mając dostęp do prognozy zmian poziomu oceanu, eksperci mogą wniosko-wać o przyszłych scenariuszach rozwoju faz ENSO. Istnieje kil-ka systemów generujących prognozy zmian poziomu oceanu w czasie rzeczywistym, a jednym z nich jest Prognocean, który powstał na Uniwersytecie Wrocławskim. W celu udostępnie-nia wyników obliczeń systemu Prognocean badaczom, którzy mogą ich użyć do wnioskowania o dynamice ENSO, konieczny jest profesjonalny serwis mapowy udostępniający wyniki obli-czeń. Obliczenia te muszą być szybkie i opierać się na satelitar-nych danych altimetrycznych o najwyższej dostępnej rozdziel-czości przestrzennej.

Przedmiotem badań zespołu jest modelowanie i prognozo-wanie wybranych procesów związanych z powierzchniowymi wodami płynącymi oraz zachodzących w morzach i oceanach. W szczególności prace zespołu koncentrują się na przewidy-waniu kształtu hydrogramu, czyli przebiegu stanów wody w rzekach lub przepływów rzecznych, oraz na prognozowaniu zmian poziomu oceanu. W ramach gridu dziedzinowego „Hy-drologia” powstają dwie usługi: pierwsza ma wspierać progno-zowanie hydrogramu w czasie rzeczywistym przez dostarcza-nie aktualnych przestrzennych oszacowań ewapotranspiracji (czyli parowania z powierzchni roślin i gruntu), a druga ma na celu dostarczenie środowisku naukowemu krótko- i długoter-minowych prognoz zmian poziomu oceanu wyznaczanych au-tomatycznie co dobę.

Prognozy hydrologiczne są bardzo ważne zarówno dla bezpieczeństwa obywateli, jak i dla gospodarki. Odpowied-nio wcześnie wydane ostrzeżenie o zagrożeniu hydrologicz-nym, oparte na operacyjnej prognozie stanu wody, może pomóc w zmniejszeniu ryzyka utraty zdrowia lub życia ludzi oraz w zmniejszeniu strat ekonomicznych związanych z pod-topieniami podczas powodzi. Nie tylko dokładność prognoz ma fundamentalne znaczenie w procesie ostrzegania ludności o nadchodzącym wezbraniu, ale również szybkość obliczania tych prognoz i automatyzacja procesu modelowania. W przy-padku zlewni górskich wezbrania mają często przebieg bardzo gwałtowny, a do realizacji skutecznego ostrzegania przed za-grożeniami powodziowymi niezbędne jest generowanie pro-gnoz w trybie ciągłym i w czasie rzeczywistym. Prognozy takie obliczane są automatycznie, z krótkim interwałem aktualizacji modeli, i są dostępne przez całą dobę. Aby aktualizacja modeli hydrologicznych mogła przebiegać w trybie automatycznym, konieczny jest dostęp do obserwacji hydrometeorologicznych oraz prognoz wybranych parametrów meteorologicznych. Wśród tych ostatnich kluczową rolę odgrywają prognozy opa-

str. 10 PLGrid Newsletter (marzec 2015)

Jakie nowe usługi są opracowywane w ramach prac gridu „Hydrologia” i co będzie ich wynikiem?

Druga usługa przygotowywana w ramach gridu dziedzi-nowego „Hydrologia” to „Mapowy serwis prognoz zmian poziomu oceanu oraz wybranych charakterystyk meteorolo-gicznych nad oceanami”. W czasie rzeczywistym publikujemy prognozy zmian poziomu oceanu i ich błędy, zarówno w inte-raktywnym serwisie mapowym dostępnym z przeglądarki, jak i w standardzie WCS przez odpowiednie zapytanie. Naukowcy korzystający z usługi będą mieli zatem dostęp do prognoz i ich charakterystyk przedstawianych interaktywnie zgodnie z zasa-dami geowizualizacji, co pozwoli na wykonywanie analiz zmian poziomu oceanu na żądanie, na przykład w celu formułowania scenariuszy rozwoju zjawisk El Niño i La Niña.

Pierwsza usługa to „Moduł oprogramowania do wyzna-czania prognoz ewapotranspiracji na potrzeby modeli hy-drologicznych”, który będzie umożliwiał grupom badawczym zajmującym się prognozowaniem hydrologicznym uzyskanie prognozy ewapotranspiracji w czasie rzeczywistym na po-trzeby uruchomienia modeli hydrologicznych. Klasycznym przykładem modelu, wymagającego na wejściu danych o ewa-potranspiracji potencjalnej, jest Topmodel, który pozwala na prognozowanie przepływów rzecznych. Dzięki dokładnym i częstym prognozom ewapotranspiracji, modele hydrologicz-ne będą mogły oferować na wyjściu dokładniejsze prognozy stanów wód czy przepływów.

Jaką wartość dodaną w stosunku do istniejących rozwiązań będą oferowały usługi powstające dzięki współpracy realizowanej w ramach projektu PLGrid NG?

zastosowaniu równania Penmana-Monteitha, integrując przy tym w czasie rzeczywistym wyniki generowane przez mezoska-lowy model meteorologiczny WRF, w ramach usługi przygoto-wywanej przez zespół gridu „Meteorologia”, z interpolowany-mi mapami indeksu LAI (ang. Leaf Area Index) pozyskiwanymi z satelitarnej infrastruktury MODIS.

Usługa do wyznaczania ewapotranspiracji potencjalnej oraz jej prognoz w czasie rzeczywistym jest unikatowa z uwagi na bardzo szybki czas obliczania tych danych, co jest kluczo-we dla adekwatności modeli hydrologicznych do określonych sytuacji hydrometeorologicznych. Tak częsta aktualizacja ewa-potranspiracji potencjalnej i jej prognoz jest możliwa dzięki

Rys. 1. Mapa indeksu pokrycia liściowego LAI (Leaf Area Index)

PLGrid Newsletter (marzec 2015) str. 11

godzin – jest możliwe z zastosowaniem infrastruktury obli-czeniowej PLGrid. Zwiększenie rozdzielczości jest zatem jedną z wartości dodanych, wyróżniających usługę od istniejącego rozwiązania. Drugim elementem szczególnym dla usługi jest profesjonalny serwis mapowy wspierający Prognocean, który udostępni wyniki eksperymentów prognozowania zmian po-ziomu oceanu szerszej społeczności naukowej.

Rozwiązanie Prognocean funkcjonuje natomiast od kilku lat dla rozdzielczości 1˚x1˚ na serwerach Zakładu Geoinforma-tyki i Kartografii Uniwersytetu Wrocławskiego. Od niedawna dostępne są nowe, wysokorozdzielcze dane altimetryczne, czyli anomalie poziomu oceanu na siatce gridowej 1/4˚x1/4˚. Przejście do wyższej rozdzielczości przestrzennej – przy utrzy-maniu rygorystycznych warunków na czas obliczania zbioru prognoz dobowych, który musi być wyznaczony w czasie kilku

Rys. 2. Interaktywny serwis mapowy systemu Prognocean

W jaki sposób infrastruktura PLGrid będzie wykorzystana do prac prowadzonych w opisanych zagadnieniach zwią-zanych z hydrologią?

lub prognozy ewapotranspiracji potencjalnej w czasie rzeczy-wistym.

Serwis mapowy Prognocean jest oparty na rozwiązaniu Geoserver, które korzysta z repozytorium Rasdaman oraz Petascope. Obliczenia prognoz zmian poziomu oceanu i ich statystyk są realizowane w czasie rzeczywistym w środowi-sku R z użyciem OpenMPI, w oparciu o system Prognocean. Obliczenia uruchamiają się automatycznie w infrastrukturze PLGrid.

Moduł oprogramowania do szacowania ewapotranspiracji potencjalnej będzie uruchamiany automatycznie w infrastruk-turze PLGrid, z częstością odpowiadającą kolejnym urucho-mieniom mezoskalowego modelu meteorologicznego WRF (ang. Weather Research and Forecasting). Po wykonaniu obli-czeń, dane i prognozy będą zapisywane w kolekcji Rasdaman, uzupełniając zbiór dostępnych map obserwowanych i progno-zowanych elementów pogody o warstwy ewapotranspiracji potencjalnej. Użytkownik, przez usługę sieciową lub przez zapytanie z poziomu przeglądarki, będzie mógł pobrać dane

str. 12 PLGrid Newsletter (marzec 2015)

Gridowe usługi obliczeniowe z dziedziny „Meteorologia” Informacji na temat usług i ich zastosowania udzielili nam naukowcy z Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwer-

sytetu Wrocławskiego oraz Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk:

dr hab. Maciej Kryzakoordynator gridu dziedzino-

wego „Meteorologia”

mgr Marta Stanekekspert dziedzinowy

(praca z modelem WRF, pre-processing i post-processing wyników modelo-

wania)

dr Jacek Ślopek ekspert dziedzinowy

(przygotowanie aplikacji do wizualizacji i udostępniania

prognoz meteorologicznych)

mgr Jakub Guzikowskiekspert dziedzinowy

(budowa stochastyczno-dynamicz-nego systemu prognoz pogody,

tzw. prognozy ensemble)

Jakie zagadnienia są przedmiotem badań zespołu i prac gridu dziedzinowego „Meteorologia” w projekcie PLGrid NG?

wy model meteorologiczny Weather Research and Forecasting (WRF). Model pozwala na uzyskanie informacji o czasowej i przestrzennej zmienności warunków meteorologicznych dla zadanego obszaru. WRF ma duże możliwości konfiguracyjne, np. w kontekście parametryzacji procesów fizycznych, co prze-kłada się na uzyskiwane wyniki. Dodatkowo, model pozwala na tzw. „zagnieżdżanie domen” i uzyskiwanie informacji me-teorologicznej w gęstej siatce obliczeniowej, czyli w wysokiej rozdzielczości przestrzennej. Wysoka rozdzielczość przestrzen-na modelu jest istotna m.in. dla modelowania pola opadu at-mosferycznego i temperatury powietrza.

Prace realizowane w platformie dziedzinowej Meteoro-logia mają na celu przygotowanie serwisu pozwalającego na uruchamianie, archiwizowanie i wizualizację numerycznych prognoz pogody. W ramach usługi realizowane będą regularne prognozy meteorologiczne dla obszaru Polski. Wyniki prognoz będą archiwizowane w systemie bazodanowym RASDAMAN i udostępniane z wykorzystaniem usług OGC (ang. Open Geo-spatial Consortium). W zakresie usługi planowane jest przy-gotowanie dostępu do danych archiwalnych i do najbardziej aktualnej prognozy meteorologicznej.

W ramach niniejszego zadania będzie używany mezoskalo-

Rys. 1. Wizualizacja prognozy pogody (temperatura powietrza) dla wybranego dnia

PLGrid Newsletter (marzec 2015) str. 13

Co zostało zaplanowane?

W ramach pracy przygotowane zostanie narzędzie pozwa-lające na automatyczne uruchomienie prognozy, korzystającej z modelu WRF i skonfigurowanej przez użytkownika. Dodat-kowo, wyniki prowadzonych symulacji będą udostępniane użytkownikom w oparciu o usługi OGC, m.in. GeoServer. Przy-kładowy wynik, wizualizacja prognozy pogody (temperatura powietrza oraz kierunek wiatru) dla wybranego dnia, został przedstawiony na rysunkach 1 i 2.

W ramach prowadzonych prac budowany jest system po-zwalający na automatyczne uruchomienie modelu meteoro-logicznego, pobranie potrzebnych informacji początkowych oraz post-processing i udostępnienie wyników użytkownikom. Planowana jest realizacja prognoz cztery razy na dobę, w roz-dzielczości przestrzennej 4km x 4km. Do wykonania takiego zadania potrzebne są znaczne zasoby obliczeniowe, dostępne w infrastrukturze PLGrid.

Rys. 2. Wizualizacja prognozy pogody (kierunek wiatru) dla wybranego dnia

Jak wyniki przydadzą się innym?

prognozy wspierają m.in. projekt HydroProg (http://www.klodzko.hydroprog.uni.wroc.pl/), a docelowo będą wykorzy-stywane także m.in. przez naukowców zaangażowanych w pra-ce gridu dziedzinowego „eBalticGrid” w projekcie PLGrid NG.

Wyniki prac realizowanych w ramach platformy dziedzino-wej Meteorologia mają wspierać tych użytkowników, którzy w swoich analizach potrzebują informacji o czasowej i prze-strzennej zmienności warunków meteorologicznych. Obecnie

Projekty PLGrid Plus, PLGrid NG i PLGrid Core są współfinansowane ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego

Innowacyjna Gospodarka

str. 14 PLGrid Newsletter (marzec 2015)

Konsorcjum PL-Grid

Newsletter został opracowany we współpracy z Partnerami Konsorcjum PL-Grid.