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美国公布《核物理网络需求审查报告》

编译者:魏韧发布时间:2020-9-14点击量:17 来源栏目:战略规划

2020年5月5日,美国劳伦斯伯克利国家实验室公布《核物理网络需求审查报告》(Nuclear Physics Network Requirements Review Report)。该报告基于2019年5月能源科学网络与能源部科学办公室核物理(NP)办公室组织的能源科学网络对核物理支持活动的需求审查结果,讨论和分析当前项目中的科学用例以及特定项目、用户设施或项目的预期数据输出,调查了主要利益相关方的计划和进程,以便研究未来5-10年的数据管理需求,提供高度可靠的数据传输能力,满足数据密集型科研需求,服务制定能源科学网络发展的战略规划。为探索这一领域主要探讨了以下问题:1)新的数据要如何、在哪里分析和使用?2)在未来的5-10年里,科学实践的过程会发生怎样的变化?3)潜在的硬件和软件技术的变化将如何影响科学发现?

能源科学网络不同于一般的因特网服务提供商,它是专为满足能源部数据密集型科研需求定制的。其使命是通过提供空前的网络基础设施、能力和工具来实现和加速科学发现,愿景包括科学进步将完全不受仪器、人员、计算资源或数据的物理位置的限制;在每一个领域,各种规模的合作都将拥有它们所需的信息和工具,以便从科学设施、全球网络和新兴网络能力中最大程度地获益;能源科学网络将促进伙伴关系并开发必要的技术,以确保实现这些转变。

审查工作围绕14个核物理相关案例 开展科学背景、合作、设施装置、科学过程、远程科学活动、软件、网络与数据架构、云服务、与数据相关的资源限制、存在的问题的分析工作,得到以下结论:

1)未来三到七年内,许多新的核物理设施和探测器将投入使用,这将改变科学成果的产生、管理和合作方式。

2)高级科学计算研究高性能计算设施正在增加并且有新的使用模式出现。这是能源部/科学计算内部乃至整个科学界更大的结构变化的一部分。

3)随着实验数据量的增加和工作流中外部计算需求的变化,网络路径的多样性和容量成为主要核物理设施的关键问题。

4)目前,许多设施利用本地集群计算来分析数据。随着设施升级并产生更大的数据集,这类模型将无法管理计算需求。为此,科学家面临的挑战是,识别DOE ASCR内的资源和开放科学网格(OSG)的计算资源。要完全采用这些资源,工作流将需要对软件和网络架构进行重大更改。

5)为让工作流程更加灵活,需要采取一系列措施:升级软件以促进流传输、增加和改善网络连接选项,以及改变计算模型允许本地和远程数据访问。

6)跨越ASCR计算设施的通用访问方法(也许是应用编程接口[API])将极大地有助于开发能够采用并定期使用这些资源的工作流。

7)通常用于分享和传播实验结果的数据门户要么没有广泛使用,要么对于许多协作来说已经老化。在这个软件和硬件空间中采用高性能技术是几个协作小组所需要的。

8)跨越设施的基于网络的工作流在很大程度上依赖于性能监控软件设定预期和调试关键传输问题。这一软件现已广泛应用于所有已配置的设施。

根据主要调查结果,审查确定了核物理、高级科学计算研究和能源科学网络应采取的若干行动包括:

能源科学网络将在有兴趣共享能源科学网络6遥测数据(ESnet 6 telemetry data)的能源科学网络工程和实验代表间开展讨论。考虑为某些案例创建类似于覆盖网络的大型强子对撞机开放网络环境(LHCONE)。继续与橡树岭国家实验室就广域连接选择和数量进行讨论。继续与托马斯·杰斐逊国家加速器设施、大西洋中部宽带公司(Mid-Atlantic Broadband Cooperative)、考克斯通信/欧道明大学弗吉尼亚区域网络(ELITE)以及大西洋中部研究基础设施联盟(MARIA)就广域连接选择和数量进行讨论。发布伽马射线能量跟踪阵列研究结果,作为未来实验设计的指南。使用perfSONAR之类的工具协助寻找度量和理解广域性能期望的小组。促进与寻求采用现代研究数据门户设计模式的团体讨论。促进与商业云技术的对等,为正在进行试点工作的实验提供便利。支持能源部超级计算站点之间的循环,特别是确保使用适当的工具和服务来优化端到端路径。建立数据仪表板,以便在核物理与其他项目办公室的比较中使增长领域轻松可视,并使描述核物理和其他项目办公室独特性的图表或图形轻松可视。

核物理团体将继续与高级科学计算研究设施讨论实验工作流程的计算和存储资源的新型和扩大应用。采用了长本地工作流用于核物理实验的电子-离子对撞机和用于高级科学计算研究计算的百亿计算项目,进一步完善了数据格式(大小、数量)促进形成更有效的数据共享机制。帮助能源科学网络预估未来2-10年核物理科学数据生产和使用的增长,估计具体的增长量,确保对网络服务进行适当的投资,满足在数据增长的各个阶段的需求。

高级科学计算研究团体将共同致力于构建能更好支持流式工作流的基础设施,同时开发一个与能源部/高级科学计算研究高性能计算设施一致性更好的接口。与核物理实验一起进一步探索高级门户的发展,共享研究成果。

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