Obliczenia wieloskalowe są jednym z głównych przykładów we współczesnym modelowaniu symulacji komputerowych. Zaproponowane w latach 80-tych XX wieku, a rozwinięte w wieku XXI, gdy dostęp do superkomputerów stał się powszechny, opierają się na koncepcji łączenia w ramach jednej złożonej symulacji wielu modeli dla różnych skal czasowych i przestrzennych. Podejście to pozwala na całościową i dokładną analizę złożonych zjawisk oraz procesów i może być z powodzeniem wykorzystywane w wielu dziedzinach nauki i przemysłu.
Laboratorium Symulacji Wieloskalowych zbudowane jest w oparciu o wiedzę i kompetencje pracowników oraz udostępniane przez sieć PIONIER zasoby sprzętowe pięciu centrów komputerów dużej mocy wchodzących w skład konsorcjum PIONIER-LAB. Bliska współpraca i wymiana doświadczeń pracowników centrów posiadających szerokie kompetencje, zarówno w aspekcie tworzenia, jak i uruchamiania złożonych aplikacji naukowych, pozwoliły zdefiniować i zaoferować kompleksową platformę i usługi dostosowane do oczekiwań różnorodnych grup odbiorców zainteresowanych wykorzystaniem podejścia wieloskalowego w wielkoskalowych symulacjach. Możliwe jest to również dzięki łączeniu przedstawicieli dziedzinowych grup badawczych, a także dostępowi do nowoczesnej infrastruktury.
Co ważne, Laboratorium Symulacji Wieloskalowych udziela wsparcia w zasadzie na każdym etapie opracowywania i wykorzystywania aplikacji wieloskalowych, zaczynając od procesu projektowania, poprzez tworzenie, optymalizację a kończąc na efektywnym wykonywaniu obliczeń w rozproszonym środowisku superkomputerowym. Zakres udzielanej pomocy jest ustalany indywidualnie w zależności od typu problemu i konkretnych potrzeb użytkowników, zarówno naukowych jak i komercyjnych.
Laboratorium Symulacji Wieloskalowych składa się z dwóch problemowo zorientowanych platform odpowiadających dwóm głównym fazom związanym z prowadzeniem obliczeń wieloskalowych. Są to: Platforma narzędziowa do tworzenia i analizy aplikacji wieloskalowych oraz Platforma usługowo-narzędziowa do uruchamiania, zarządzania i monitorowania symulacji wielkoskalowych.
W ramach pierwszej platformy oferowane są usługa tworzenia, testowania i optymalizacji aplikacji wieloskalowych oraz usługa badania niepewności i analizy wrażliwości aplikacji wieloskalowych. Celem pierwszej z tych usług jest dostarczenie środowiska testowego do prowadzenia wiarygodnych badań przygotowawczych do uruchomienia aplikacji w środowisku docelowym. Usługa została oparta o dostęp do nowoczesnych węzłów obliczeniowych, a oferowane w ramach usługi oprogramowanie wspiera proces opracowywania aplikacji wieloskalowych na wielu etapach rozwoju, w szczególności na etapie łączenia i uruchamiania wielu modeli jednoskalowych oraz na etapie analizy poprawności i optymalizacji efektywności obliczeń.
Druga z usług oferowanych w ramach pierwszej platformy dostarcza kompleksowe rozwiązanie umożliwiające badanie niepewności wyników oraz analizę wrażliwości parametrów aplikacji obliczeniowych, w szczególności złożonych aplikacji wieloskalowych i jednoskalowych modeli wchodzących w ich skład. Badania te pozwalają określić wiarygodność i użyteczność otrzymanych wyników, a także wspomagają proces optymalizacji modelu. Usługa udostępniana jest w formie portalu internetowego, który ułatwia definiowanie scenariusza badań, a także interpretację uzyskanych wyników przeprowadzonej analizy. Ze względu na duże wymagania zasobowe typowych scenariuszy badań dokonywanych w ramach usługi, niezbędne obliczenia wykonywane są w pełni automatycznie na klastrach obliczeniowych z wykorzytaniem zasobów infrastruktury PraceLab.
Platforma usługowo-narzędziowa do uruchamiania, zarządzania i monitorowania obliczeń wieloskalowych ma zapewnić intuicyjny dostęp do zasobów obliczeniowych jednostek wchodzących w skład konsorcjum PIONIER-LAB na potrzeby prowadzenia obliczeń wieloskalowych. Podstawową usługą Platformy jest Usługa uruchamiania i zarządzania obliczeniami wieloskalowymi. Dostarcza ona intuicyjne środowisko Portalowe pozwalające definiować i uruchamiać produkcyjne scenariusze wieloskalowe. Druga z usług, tj. usługa monitorowania obliczeń wieloskalowych umożliwia śledzenie postępu wykonywania zadań uruchamianych na zasobach obliczeniowych oraz wspiera proces weryfikacji poprawności obliczeń w czasie ich trwania (np.: ocenę zbieżności). Dzięki temu możliwe jest automatyczne monitorowanie głównych danych o postępie wykonywania scenariuszy obliczeniowych, ze szczególnym uwzględnieniem aspektów symulacji wieloskalowych.
Oprac. Gabriela Jelonek, Bartosz Bosak, Tomasz Piontek
