Platforma HPC pentru activităţi de cercetare şi modelare ecologică

1. Platforma HPC pentru activităţi de cercetare şi modelare ecologică Marian Stoicescu Director Dezvoltare AGER Business Tech

2. Cuprins Introducere AGER și context proiect cu UAIC Ce este un HPC (cluster de înaltă performanţă), de ce este necesar Domenii de utilizare HPC Utilizare în cadrul proiectului specific UAIC Utilizare HPC în cadrul mai larg al cercetarii şi monitorizarii în domeniul protecţiei mediului şi a studiilor de ecologie Aspecte tehnice - paşii necesari în proiectarea unei structuri adaptate scopului urmărit Cum vă poate ajuta AGER Alte componente ce pot fi utile în perspectiva proiectelor derulate Concluzii

3. Contextul proiectului PROIECT: Centru pilot transfrontalier de resurse pentru prezervarea biodiversităţii acvatice a râului Prut (Resources pilot centre for cross-border preservation of the aquatic biodiversity of PrutRiver). OBIECTIVE: Dezvoltarea în comun de către ţările riverane a resurselor ştiinţifice, umane şi logistice vizând monitorizarea, refacerea şi îmbunătăţirea resurselor acvatice ale râului Prut în condiţii climatice dificile şi/sau a unor ameninţări antropogene. ACHIZIŢIE: Efectuată de Universitatea A.I. Cuza în cadrul proiectului mai amplu prin contractul de finanţare nr. MIS ETC 1150/07.05.2012 (PRUT RIVER) sub forma unei licitaţii publice deschise, publicată în SEAP sub numărul 145670 în septembrie 2013.

4. Service nodes HPC Cluster: Schema Logică Interconnect Compute nodes Switch-uri Ethernet Nod Cluster Management Root switches Administration network(NIC1) Console network ( ILO )

5. Utilizatori Magistrala de comunicaţii de viteza mare Servere sistem de fişiere Lustre Conexiuni LAN Noduri aplicaţii Servere „Objectstorage” Cluster computing Log-ins Servere Metadata Noduri vizualizare Services Admin Masive de stocare Nod Administrare Pixel Network Display (multipanel) Schemă intuitivă 5

6. Clusterul HPC al Universității A.I. Cuza - ALGOL

7. Beneficiile utilizăriiclusterelor HPC • Obţinerea unor informaţii noiprivind structura materiei şi legi universale. • Studierea la un nivel de detaliu imposibil de obţinut altfel a unor procese, fenomene, rezultate experimentale. • Simulări statistice ample cu corelari complexe, realizateîntimp scurtceea ce permite îngustarea ariei de investigaţie şi reducerea duratei obţinerii unor rezultate relevante. • Realizarea unor modele ştiinţificepentru domenii cu interdependenţe insuficient cunoscute, astfel încât cât mai mulţi factori care infulenţează sistemul să fie descoperiţi şi inventariaţi.

8. Beneficiile utilizăriiclusterelor HPC • Rafinarea rapidă a modelelor stiinţifice, astfel încât modelul odată pus la punct să poată fi folosit pentru simulare şi predicţie. • Preluarea unor modele disponibile gratuit în cadrul comunităţii stiinţifice şi adaptarea/aplicarea acestora pentru necesităţi specifice. • Proiectare apropiată de optim, în termen scurt şi fără reluare iterativă a unor etape de producţieceea ce contribuie la reducerea costurilor de proiectare şi producţie • O mare diversitate de studii ce implică aspecte probabilistice complexe, calcule statistice, rezolvări prin metode numerice sau bazate pe metoda elementelor finite sunt realizate în timp util cu precizie de neegalat.

9. Domenii de utilizare ale clusterelor HPC Proiectare asistată (Prototipuri virtuale) Bioinginerie şi medicină Servicii guvernamentale/Servicii Secrete/ Apărare Cercetare ştiinţifică • Domenii diverse • Fizica nucleară • Biodinamică moleculară • Meteorologie • Astrologie • Rezistenţă structuri • Mecanica fluidelor • Studii impact • Cercetare şi dezvoltare • Teste clinice • Epidemiologie • Analize complexe de date • Criptare • Simulări specifice • Predicţii statistice Finanţe Asigurări Automatizarea proiectării în industria electronică Gestiunea ciclului de viaţă al produselor Oil & Gas Geologie Industria Cinematografică • Verificare fezabilitate • Proiectarea măştilor circuitelor integrate • PDM • PLM • Fiabilitate • Studii seismice • Simulare rezervoare • Modelare financiară • Predicţii şi analiză de riscuri • Rendering • Efecte speciale

10. Utilizarea clusterului HPC de către Universitatea A.I. Cuza • Scopul pentru care este folosit sistemul de High Performance Computing: • CERCETARE specifică obiectivelor proiectului transfrontalier pentru: • analiză de risc • simulare a sistemelor biologice si ecologice • cercetare în domeniul dinamicii moleculare • analiza interacțiunii compușilor chimici cu materia vie la nivel atomic, molecular și supramolecular • modelarea unor căi și mecanisme de transducție a semnalelor biologice. • DIDACTIC, pentru programe de master şi doctorat prin sprijin pentru discipline ca: Biomodelare, Algoritmi Genetici, Metode statistice aplicate în bioinformatică ș.a.

11. Utilizarea clusterului HPC de către Universitatea A.I. Cuza • Evaluarea interacţiunii la nivel molecular (dinamică) a unor compuşi cu caracter nociv (metale grele) cu potenţial ridicat de risc • Identificarea structurii genetice a populațiilor • Modelarea evoluției temporale a populațiilor • Identificarea relațiilor filogenetice • Evoluția demograficăa unorpopulații într-un interval dat de timp • Analizăfilogeografică - reconstrucția rutelor de dispersie si extindere a arealului anumitor specii

12. Proiecte similare derulate National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) Studii privind chimia specifică contaminării cu metale grele a apei „Metals such as zinc and iron are essential nutrients for living organisms and their biological role is fairly well understood but much of the chemistry of their ions in solution has not been explained from first principles. Detailed understanding of solvation processes (those occurring when heavy metals dissolve in water) is crucial for understanding the transport of toxic materials. The detailed structure of the hydration region surrounding an ion is difficult to observe experimentally placing more importance on accurate simulation studies.” Separate studies of iron, zinc, and uranium have been published using NERSC as well as other computational facilities. A system with one iron ion and 64 H2O molecules (517 electrons) was simulated for 30 picoseconds, which was five times longer and involved two times more H2O’s than had been done previously. This study clearly demonstrated the importance of the first-principles approach afforded by the use of extreme scale computing. Two different NWChem ab initio-DFT analyses of the uranium oxide ion (UO22+), one with 64 water molecules for 22 ps and one with 122 waters for 9 ps were also carried out. These were extremely-demanding simulations due to large number of water molecules and long integration times. The results helped explain X-ray spectra but also revealed additional structural features.” Materiale preluate de pe pagina web http://www.nersc.gov/science/environmental-science/chemistry-of-metal-contaminants-in-water/

13. Proiecte similare derulate Institute of Environmental & Human Health:Evaluarea riscului ecologic privind efectul percloratului de amoniu asupra peştilor, amfibiilor şi a mamiferelor mici „The perchlorate anion isextremely water-soluble andenvironmentally stable, resulting inrapid movement throughgroundwater and surface water. Perchlorate disrupts normal thyroid function in exposed organisms.In contrast to the wealth of human health data available for perchlorate, little data exist on thepotential ecological effects of environmental perchlorate contamination.The focus of this project was to expand the knowledge base for environmental perchloratecontamination issues using field and laboratory studies designed to characterize and quantifyecological risks associated with distribution and movement of perchlorate in ecosystems.” „Ecological receptors deemed to be at risk from exposure to perchlorate were identified through anumber of inter-related sub-projects including analytical, terrestrial, and aquatic toxicology as well asecological modeling. Important routes of exposure and potential food web-related exposure pathwayswere determined. Sensitive markers of perchlorate-related toxicity were used to assess ecologicalimpacts of perchlorate exposure. Movement of perchlorate within abiotic and biotic components of theecosystem was assessed with ecological modeling. Long-term risks to exposed populations wereevaluated using individual-based population models driven by inputs specific to perchlorate and thesite-specific abiotic conditions.” Materiale preluate de pe pagina web http://www.serdp.org/Program-Areas/Environmental-Restoration/Risk-Assessment/ER-1235

14. Proiecte similare derulate Frankfurt Institute for Advanced Studies: Înţelegerea modului în care navighează păsările călătoare „Creatures as varied as salmon, honeybees, and migratory birds such as European robins have an intriguing ‘sixth’ sense that allows them to distinguish north from south.Yet despite decades of study, the physical basis of this magnetic sense remains elusive.” „Previous work has shown how such a compass could be realized through light-induced electron-transfer reactions in cryptochrome.We have now modeled the effect of orientational disorder of the protein in retinal cells on compass acuity. We found that moderate alignment of cryptochromes is sufficient for a reliable vision-based magnetoreception system. Our next step is to connect the angular sensitivity of the vision-based magnetic compass quantitatively to the pattern in a bird's field of vision. We want to understand in precisely which part of the photoreceptor cell cryptochrome is expressed and how it is connected to the cell membrane. Coupling of cryptochrome to visual transduction is also still hypothetical and subject to further investigation.” Materiale preluate de pe pagina web http://spie.org/x37204.xml?highlight=x2416&ArticleID=x37204n=2012

15. Proiecte similare derulate Universitatea din Illinois: Modelare moleculară pentru răspuns rapid la ameninţările virusului H1N1 „Beyond vaccination, front-line therapies such as the neuraminidase inhibitors Tamiflu and Relenza have proven to be of limited effectiveness due to the evolution of drug-resistant influenza mutants. Therefore, a need exists for the development of new therapies to circumvent these resistance mechanisms. Computational biologists employing NAMD and VMD used molecular simulations to uncover the key role that water plays in mediating how well antiviral drugs can bind to proteins of the influenza virus. This investigation, reported recently, reveals that amino-acid mutations responsible for drug resistance act by reshaping the local electric field and also by permitting infiltration of water within the otherwise hydrophobic drug binding pocket. These mutations thus induce drug resistance in much the same way as inverting the polarity of a magnet can repel rather than attract. These findings are expected to help guide the design of novel drugs with increased antiviral efficacy.” Materiale preluate de pe pagina web http://www.ks.uiuc.edu/Highlights/index.cgi?section=2012

16. Disponibil în comunitateaştiinţifică Partnership for Advanced Computing in Europe: Suită de modelare hidrodinamică a râurilor – Delft3D Materiale preluate de pe pagina web http://www.prace-project.eu/IMG/pdf/bert_jagers_-_deltares_compatibility_mode_.pdf

17. Paşii de urmat pentru proiectarea unui cluster HPC Modelul stratificat al elementelor componente Aplicații Bioscience, Engineering, GeoScience, ... Cluster Mgmt CMU or open source OSCAR/ROCKS Middleware Job scheduler, MPI, MLIB, Dev tools Sistem de fișiere Local, NFS, Parallel File Systems Sistem de operare Linux, Windows Drivere, protocoale Elan MPI TCP/IP Interconnect Ethernet Infiniband Platforme Cluster Based on SB/IVB/Abu Dhabi/ARM

18. Soluțiimoderne pentruData Center # Proiectare și amenajare data center # Consolidare data center - storage SAN; tehnologii de migrare din data center # Disaster recovery # Securitate fizică și IT # Virtualizare # Networking Cu ce vă poate ajuta AGER Networking Software #Sistemede Operare #Decision tools #Business Modelling #Software Securitate #Software Traducere #Soluții Open Source • Securitate • # Security Information Management • # Security Event Management • # Protecție fizica și control acces • # Soluții supravehere video • # Soluții de securitate integrate • # Soluții de securitate de nișă Hardware #Notebook |Desktop #Servere #Statiigrafice #Printing | Info-Kiosk Servicii # Videoconferință și Teleprezență # Comunicații și rețele # Infrastructură IT de nivel enterprise # Document Management # Management de proiect # Mentenanță # Outsourcing Consultanță Soluții Integrate

19. Soluții pentru achiziții de date şi gestiune „Big Data”

20. Soluţii de colaborare transfrontalieră Sisteme expert pentru traduceri de specialitate Soluţii de teleconferinţă profesionale Soluţii pentru bibliotecă digitală

21. Rezumat • Realizareaachiziției cluster HPC al Universității A.I. Cuza - un succes! • Clusterul HPC este o unealtă de care proiectul Centru Pilot Transfrontalier pentru râul PRUT dispune în acest moment, efortul pentru atingerea obiectivelor este mult mai amplu • AGER Business Tech vă stă la dispoziție cu efectivele sale, forța inovatoare în proiecte, tenacitatea sa în atingerea obiectivelor pe care le fixați pentru proiectele derulate!

22. Au ales AGER Business Tech Experiența AGER în dezvoltarea și implementarea de proiecte complexe poate fi certificată departenerii noștri, companii și organizații guvernamentale și din domeniul administrativ, furnizori deservicii publice, companii private din diverse domenii de activitate. Guvern și Administratie Publica MAI - Inspectoratul General al Poliției Române Senatul României Inspectoratul General pentru Comunicații și Tehnologia Informației Banca Națională a României Inspectoratul General al Poliţiei de Frontieră Serviciul Român de Protecție și Pază Administratia Națională a Rezervelor de Stat si Probleme Speciale Administrația Națională a Îmbunătățirilor Funciare Agenția de Plăți pentru Dezvoltare Rurală și Pescuit Romsilva Autoritatea Rutieră Română Societatea Română de Televiziune Societatea Română de Radiodifuziune Sectorul Energetic Electrica S.A. ENEL S.N. Nuclearelectrica CNE Cernavoda FCN Pitești Complex Energetic Turceni Servicii Prospectiuni S.A. Metrorex RATB Covalact Sectorul Medical Centrul Medical Regina Maria Spitalul de Urgență Brașov Spitalul de Pneumoftiziologie Iași Medlife Sectorul Educational Universitatea Alexandru Ioan Cuza Iași Academia Română Academia de Studii Economice Şcoala Naţională de Studii Politice şi Administrative Universitatea de Medicină şi Farmacie "Gr.T. Popa" Universitatea de Medicină și Farmacie "Victor Babeș" Universitatea din Craiova Universitatea "Lucian Blaga" Sibiu Universitatea „Petru Maior” Târgu-Mureş Universitatea Tehnică Cluj Napoc Guvern și Administratie Publică MAI - Inspectoratul General al Poliției Române Senatul României Inspectoratul General pentru Comunicații și IT Banca Națională a României Inspectoratul General al Poliţiei de Frontieră Serviciul Român de Protecție și Pază ANRSPS Administrația Națională a Îmbunătățirilor Funciare Agenția de Plăți pentru Dezvoltare Rurală și Pescuit Romsilva Autoritatea Rutieră Română Societatea Română de Televiziune Societatea Română de Radiodifuziune Sectorul Educational Universitatea Alexandru Ioan Cuza Iași Academia Română Academia de Studii Economice Şcoala Naţională de Studii Politice şi Administrative Universitatea de Medicină şi Farmacie "Gr.T. Popa" Universitatea de Medicină și Farmacie "Victor Babeș" Universitatea din Craiova Universitatea "Lucian Blaga" Sibiu Universitatea „Petru Maior” Târgu-Mureş Universitatea Tehnică Cluj Napoca • Sectorul Energetic: Electrica S.A., ENEL, S.N. Nuclearelectrica, CNE Cernavoda, FCN Pitești, Complex Energetic Turceni, Transelectrica S.A., Romgaz S.A. • Servicii: Prospectiuni S.A., Metrorex, RATB

23. Întrebări? Credeți că putem ajuta șiîn proiectele dumneavoastră? Marian Stoicescu Director Dezvoltare marian.stoicescu@ager.ro