увійти рус / eng / укр

КОНЦЕПЦІЯ комплексної цільової програми «Грід-інфраструктура і грід-технології для наукових і науково-прикладних застосувань»



КОНЦЕПЦІЯ комплексної цільової програми  «Грід-інфраструктура і грід-технології для наукових і науково-прикладних застосувань»

 

         Цільова комплексна програма «Грід-інфраструктура і грід-технології для наукових і науково-прикладних досліджень в НАН України» (далі Програма) відповідає:

-      пріоритетним напрямам розвитку науки і техніки, затвердженим Законом України  «Про внесення змін до Закону України «Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки» від 09.09.2010 №2519-VI, а саме: «Фундаментальні наукові дослідження з найбільш важливих проблем розвитку науково-технічного, соціально-економічного, суспільно-політичного, людського потенціалу для забезпечення кокурентної спроможності України та сталого розвитку суспільства і держави»;

-       пріоритетним тематичним напрямам наукових досліджень і науково-технічних розробок на період до 2015 року, перелік яких затверджено постановою Кабінету Міністрів України від 07.09.2011 №942, а саме «Нові апаратні     рішення     для    перспективних    засобів обчислювальної техніки, інформаційних та комунікаційних технологій. Інтелектуальні інформаційні    та     інформаційно-аналітичні технології.  Інтегровані  системи баз даних та знань.  Національні інформаційні ресурси.      Суперкомп'ютерні програмно-технічні засоби, телекомунікаційні мережі та системи.  Грід- та клауд-технології. Технології та засоби розробки програмних продуктів і систем.»

-       основним науковим напрямам та найважливішим проблемам фундаментальних досліджень у галузі природничих, технічних і гуманітарних наук на 2009-2013 роки, затвердженим спільним наказом Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки, молоді та спорту від 26.11.2009 №1066/609, а саме: «1.2.5. Телекомунікаційні та комп'ютерні технології,  засоби і системи високої продуктивності: суперкомп'ютери, Grid-системи; 1.2.5.5. Розробка   архітектури   сучасних   суперкомп'ютерних систем,   оптимізованих   під   класи    задач,    спеціалізованих обчислювальних   засобів   та   інформаційних  технологій,  що  їх підтримують,   систем   оптимального    керування    розподіленими обчислювальними ресурсами (оперативна пам'ять, файлова пам'ять); 1.2.5.6. Створення     засобів     обміну     даними  між  суперкомп'ютерами  з  гігабайтною  пропускною здатністю,  розробка інфраструктури суперкомп'ютерних обчислень; 1.2.5.7. Розробка  та   створення       розподілених обчислювально-комунікаційних мереж - Grid-мереж».

 

                                      Стан грід-технологій  в  Україні

 

З 2009 по 2013 роки виконувалась  державна цільова науково-технічна програма «Впровадження і застосування грід-технологій на 2009-2013 роки» (Постанова Кабінету Міністрів України від 23 вересня 2009 р. № 1020). Метою Програми було створення національної грід-інфраструктури та умов для широкого впровадження грід-технологій в наукові дослідження та інші сфери суспільного життя.

Головним замовником-координатором Програми було визначено НАН України, замовником програми МОН України (від 2010 р. Держінформнауки), виконавцями завдань Програми були НАН України, МОН України (в 2010 р. Держінформнауки) та МОЗ України.  Незважаючи на недофінансування Програми (12% від планових обсягів),  за чотири роки її виконання досягнуто помітних успіхів як в створенні і розширенні матеріально-технічної бази українського національного грід (УНГ), так і в розробці і застосуванні методів грід-технологій в наукових і науково-прикладних дослідженнях та у створенні системи підготовки фахівців з грід-технологій. Головним досягненням Програми є створення української національної  грід-інфраструктури  виробничого типу та її  інтегрованої  до найбільшої  е-інфраструктури у світі – Європейської-грід інфраструктури,  яка об’єднує більше, ніж 22 тисячі дослідників з усього світу. Це дало можливість забезпечити необхідні сервіси українським вченим для проведення цифрових досліджень світового рівня, як самостійно, так і в колаборації з вченими інших країн, незалежно від місця  їх перебування.

         Український національний грід (УНГ) є єдиною дослідницькою е-інфраструктурою національного рівня яка об’єднує 39 ресурсних центрів наукових організацій України (з них 29 належать НАН України). Основою УНГ є 12 ресурсних центрів, що координуються національним операційним центром (NGI_UA) і які являють собою інтегровану в європейський простір грід-інфраструктуру. Українська грід-інфраструктура працює 24 години на добу, 7 днів на тиждень, надає для дослідницьких віртуальних організацій вільний доступ до обчислювальних ресурсів та ресурсів зберігання даних. Завдяки інтеграції в європейську грід-інфраструктуру УНГ забезпечує можливість проведення спільних досліджень з міжнародними дослідницькими організаціями та використання європейських ресурсів.  

         В ході виконання державної програми та деяких проектів програми інформатизації НАН України в основному завершено створення комунікаційно-ресурсної структури АМОД (академічна мережа обміну даних) - потужної мережі оптоволоконних каналів зв’язку між академічними установами та грід-кластерами. Більшість кластерів з’єднана оптоволоконними каналами обміну даними з пропускною здатністю від 300 до 1000 Мбіт/с, 7 найпотужніших кластерів мають канали зі швидкістю 10 Гбіт/с.  Використання побудованої грід-інфраструктури і можливостей розподілених обчислень в інститутах НАН України дозволило отримати ряд важливих наукових результатів у фізиці високих енергій і астрофізиці, науках про життя включно з практичною медициною, науках про Землю, нанофізиці і наноелектроніці, в матеріалознавстві тощо.

Грід-технології виявилися ефективними в багатьох галузях фундаментальної і прикладної науки, їхнє застосування дозволило отримати багато цікавих результатів, які неможливо було б отримати в інший спосіб. Можна констатувати успішний розвиток грід-технологій в НАН України протягом виконання академічної (2006-2009р.) і державної (2010-2013) програм з грід-технологій.

 

Обґрунтування необхідності виконання Програми

Згідно з стратегією розвитку інформаційного суспільства, розробленої Кабінетом Міністрів України у 2013 році, одним із головних її завдань є формування сучасної інформаційної інфраструктури, що передбачає створення та застосування суперкомп'ютерних систем, програмно-технічних засобів, телекомунікаційних мереж і систем грід-, клауд- та інших перспективних технологій.

Реалізація такої стратегії забезпечить надання якісного доступу до обчислювальних послуг, обробки великих обсягів різноманітних даних  у сферах інформації, освіти, науки, медицини.

Запровадження нової програми є необхідним як з точки зору розвитку фундаментальної і прикладної науки в Україні, так і з огляду на стратегічну мету державної політики щодо Євроінтеграції.

Єврокомісія в програмі Горізонт-2020 поставила завдання об'єднати усі існуючі дослідницькі інфраструктури і вчених Європи за допомогою е-інфраструктури в єдиний цифровий дослідницький простір. Тому є  необхідним продовжувати і посилювати інтеграцію українського і європейського інформаційно-дослідницьких просторів.

     Подальший розвиток грід-інфраструктури та грід-спільноти вимагає комплексно-цільового підходу та концентрування зусиль на вирішенні, насамперед, таких проблем (тих, що не повністю вирішені, або нових, що виникли в останній час):

  1. Підвищення потужності та якості грід-інфраструктури шляхом розвитку існуючих обчислювальних грід-кластерів, створення національного каталогу сервісів, задоволення потреб користувачів.
  2. Збільшення пропускної здатності каналів обміну даних, підвищення обчислювальної потужності ресурсних центрів та розподільних ресурсів зберігання даних грід-інфраструктури; створення національного переліку ресурсів та впровадження моделі розподілу ресурсів, що надаються ресурсними центрами.  Розвиток «хмарних» технологій та створення об’єднаної «хмари» УНГ. Це дасть змогу проводити розподілені тестування нових технологій, які будуть розвиватися  національною та європейською грід-спільнотою.
  3. Створення  гнучкого віртуального дослідницького середовища, зі спрощеним доступом до ресурсів УНГ. Забезпечення функціональної сумісності платформ та робочих процесів в такому середовищі з європейськими платформами для спільного використання розподілених банків даних. Проведення актуальних досліджень у колаборації з вченими інших країн, що використовують розроблені платформи, робочі процеси та застосування. Одним з напрямків розвитку має бути адаптація розроблених та прийнятих європейською спільнотою стандартів е-інфраструктури.
  4. Забезпечення підготовки фахівців і створенню умов і механізмів  взаємодії  між дослідниками та ІТ-колабораціями і проектами різних країн. Формування і підтримка віртуального національного  центра  компетенції,  його взаємодія з центром компетенції EGI.

На вирішення цих проблем і скерована цільова комплексна програма «Грід-інфраструктура і грід-технології для наукових і науково-прикладних досліджень в НАН України».

 

Мета та основні завдання Програми

Метою програми є подальший розвиток грід-технологій та розширення сфери їхнього застосування в наукових і науково-прикладних дослідженнях в НАН України, розроблення і впровадження нових апаратних і програмних методів та засобів високопродуктивних наукових обчислень, забезпечення участі вчених НАН України в міжнародних грід-проектах і організаціях.

Основними напрямами і пріоритетними завданнями Програми на 2014—2016 роки мають бути:

1.  Розвиток матеріально-технічної бази грід-технологій і високопродуктивних обчислень та їхнє застосування в наукових і науково-практичних дослідженнях. Зокрема:

-         підтримка та розвиток базового координаційного центру, як об’єднуючого та координуючого органу Національного грід;

-         розвиток ресурсних центрів (грід-сайтів), нарощування ресурсу сховищ даних, підтримка та розвиток Ресурсного центру  обміну даними;

-         побудова об’єднаної інфраструктури для розподілених обчислень, яка складається з традиційної грід-інфраструктури та хмарної інфраструктури з можливістю забезпечення зручного інтерфейсу доступу користувача до різноманітних інформаційно-обчислювальних ресурсів та підвищення продуктивності їх використання;

-         розробка  каталогу універсальних сервісів УНГ і впровадження сервісно-орієнтованих обчислень для створення прикладного програмного забезпечення шляхом композиції і оркестрування окремих сервісів;

-         забезпечення пропускної здатності оптоволоконних каналів зв'язку між ресурсними центрами не менше ніж 1 Гб/с та підвищення пропускної здатності оптоволоконних каналів зв’язку між вітчизняними та закордонними грід-вузлами відповідно до вимог європейської мережі GEANT-3;

-         розвиток і супроводження комплексної системи захисту інформації Національного грід.

-         системне інтегрування УНГ у Європейську інфраструктуру, включаючи мережу суперкомп’ютерів PRACE, репозиторій EUDAT, об’єднану Європейську хмару для наукових та інноваційних досліджень.

2. Застосування грід-технологій у фундаментальних дослідженнях та підтримка віртуальних організацій в таких тематичних напрямах:

-       фізика і астрофізика високих енергій, астрономія;

-       молекулярна та клітинна біологія і генетика, науки про життя;

-       фізичні основи матеріалознавства, нанофізика і наноматеріали;

-       геофізика, метеорологія, кліматологія, науки про Землю;

-       суспільно-економічні науки, інші напрями наукової діяльності

3. Застосування грід-технологій та підтримка відповідних ВО у прикладній сфері, зокрема у

-     практичній медицині (у співпраці з Національною академією медичних наук України). Розробка та впровадження  Європейських систем обробки зображень та моделювання для діагностичних систем нейродегенеративних захворювань, об’єднання розподілених медичних баз діагностичних даних у єдину систему для наукових та клінічних досліджень;

-       інженерних розрахунках, зокрема, розробка та впровадження  міждисциплінарної платформи інженерного колективного проектування в грід\клауд середовищі;

-       екомоніторингу, дистанційному зондуванні, прогнозуванні природних явищ.

4. Підготовка фахівців з грід-технологій та хмарних обчислень 

-     Підготовка фахівців з грід-технологій та хмарних обчислень;

-     Запровадження курсів цифрової науки у вузах країни, розробка теоретичного мінімуму цифрової науки та стандарту якості дисципліни;

-     Розвиток системи дистанційного навчання і підвищення кваліфікації з цифрової науки;

-     Створення віртуального центру компетенції, що інтегрований у віртуальний центр компетенції EGI для передачі та обміну знань та навичок використання грід- та хмарної інфраструктури для обробки великих об’ємів даних.

  

Очікувані результати Програми.

Буде забезпечена підтримки роботи та постійне нарощування обчислювальної потужності і можливостей зберігання даних української грід-інфраструктури. Будуть створені потужні обчислювально-ресурсні центри

Будуть запроваджені новітні технології для економного та ефективного використання ресурсів (оновлення проміжного програмного грід-забезпечення - middlware, віртуалізація ресурсів та хмарні технології, вихід на міжнародні платформи надання ресурсів).

Буде забезпечена стабільна і якісна робота Базового координаційного центру, що здійснює керування діяльністю національної грід-інфраструктури, надає сервіси і технічну допомогу широкому загалу користувачів, поширює інформацію про новітні досягнення грід-технологій та можливості їхнього застосування. 

Буде забезпечена ефективна координація наукових фундаментальних і прикладних досліджень, які потребують високопродуктивних обчислень і обробки великих масивів даних.

Буде розширено співробітництво з міжнародними грід- і хмарними платформами, і створені умови для інтеграції у світовий дослідницький простір, розширена участь у світових, зокрема європейських, проектах. 

Буде створено віртуальний національний центр компетентності з цифрової науки та надання інформаційно-обчислювальних послуг національним та міжнародним дослідникам та їхнім колабораціям.

Буде забезпечено підготовку і перепідготовку фахівців та користувачів грід-технологій.


Повернутися до списку новин.
Розроблено в MCG
© 2011, Інститут теоретичної фізики ім.М.М. Боголюбова