DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v24r432

Веб-лаборатория для суперкомпьютерного многомасштабного моделирования задач напыления

Авторы

  • Н. И. Тарасов
  • В. О. Подрыга
  • С. В. Поляков

Ключевые слова:

Веб-лаборатория
цифровая платформа
многомасштабные подходы
автоматизация вычислительных экспериментов
суперкомпьютерные вычисления

Аннотация

Работа посвящена анализу принципов построения веб-лабораторий, предназначенных для суперкомпьютерного математического моделирования сложных физических процессов и явлений. Основными целями подобных цифровых платформ являются: автоматизация вычислительных экспериментов, формирование базы знаний и обеспечение совместной работы исследователей в выбранной предметной области. В работе рассмотрены существующие сегодня решения и принципы построения предметно-ориентированных платформ. На основе выполненного анализа была разработана и практически реализована веб-лаборатория, связанная с решением задач напыления. В работе приведены архитектура и детали программной реализации платформы. Основными ее преимуществами являются возможность динамического встраивания проблемно-ориентированных приложений и удаленных вычислительных ресурсов. Реализованная веб-лаборатория была протестирована посредством проведения серии вычислительных экспериментов по модельным задачам сверхзвукового холодного газодинамического напыления. Также в работе предлагаются направления для последующего развития оригинальной веб-лаборатории.

Загрузки

Опубликован

2023-12-13

Выпуск

Том 24 (2023): Выпуск 4.

Раздел

Параллельные программные средства и технологии

Авторы

Н. И. Тарасов

Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН (ИПМ РАН),
Миусская пл., 4, 125047, Москва
• научный сотрудник

В. О. Подрыга

Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН (ИПМ РАН),
Миусская пл., 4, 125047, Москва
• ведущий научный сотрудник

С. В. Поляков

Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН (ИПМ РАН),
Миусская пл., 4, 125047, Москва
• ведущий научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. V. O. Podryga, S. V. Polyakov, N. I. Tarasov, and V. A. Usachev, “Mathematical Modeling the Processes of Supersonic Cold Gas Dynamic Spraying of Nanoparticles on Substrates,” Lobachevskii J. Math. 44 (8), 1918-1928 (2023).
    doi 10.1134/S1995080223050487
  2. Ansys Workbench. Simulation Integration Platform.
    https://www.ansys.com/products/ansys-workbench . Cited December 6, 2023.
  3. A. A. Aksenov, “FlowVision: Industrial Computational Fluid Dynamics,” Comput. Res. Model. 9 (1), 5-20 (2017).
    doi 10.20537/2076-7633-2017-9-5-20
  4. V. O. Podryga, S. V. Polyakov, and N. I. Tarasov, Digital Platform Server for Supercomputer Modeling of Nanoparticle Spraying Processes on Substrates KIAM_DIGITAL_TOOL_SERVER, Version 1 , Certificate of RF Registration of Computer Program No. 2022666958. Date of Registration: September 12, 2022.
  5. V. O. Podryga, S. V. Polyakov, and N. I. Tarasov, Digital Platform Web-client for Supercomputer Modeling of Nanoparticle Spraying Processes on Substrate KIAM_DIGITAL_TOOL_CLIENT, Version 1 , Certificate of RF Registration of Computer Program No. 2022666957. Date of Registration: September 12, 2022.
  6. N. I. Tarasov, V. O. Podryga, S. V. Polyakov, and A. V. Timakov, “Digital Platform for Supercomputer Mathematical Modeling of Spraying Processes,” Russ. Digit. Libr. J. 25 (6), 697-721 (2022).
    doi 10.26907/1562-5419-2022-25-6-697-721
  7. TypeScript: JavaScript with Syntax for Types.
    https://www.typescriptlang.org/. Cited December 6, 2023.
  8. S. P. Polyakov, A. P. Demichev, and A. P. Kryukov, “Web Toolkit for Scientific Research: State of the Art and the Prospect for Development,” Procedia Comput. Sci. 66, 429-438 (2015).
    doi 10.1016/j.procs.2015.11.049
  9. A. P. Kryukov, A. P. Demichev, and S. P. Polyakov, “Web Platforms for Scientific Research,” Program. Comput. Softw. 42 (3), 129-141 (2016).
    doi 10.1134/S036176881603004X
  10. Prove.Design.
    https://prove.design . Cited December 6, 2023.
  11. J. Magill, R. Dreher, Z. Sóti, and G. P. Lasché, “Nucleonica: Web-Based Software Tools for Simulation and Analysis,” in Proc. 21st Int. Conf. on Nuclear Energy for New Europe, Ljubljana, Slovenia, September 5-7, 2012.
    https://arhiv.djs.si/proc/nene2012/Publication_datoteke/Proceedings/1303.pdf . Cited December 6, 2023.
  12. pSeven Enterprise.
    https://www.pseven.io/product/pseven-enterprise/. Cited December 7, 2023.
  13. O. Sukhoroslov, S. Volkov, and A. Afanasiev, “A Web-Based Platform for Publication and Distributed Execution of Computing Applications,” in Proc. 14th Int. Symposium on Parallel and Distributed Computing (ISPDC), Limassol, Cyprus, June 29-July 2, 2015.
    doi 10.1109/ISPDC.2015.27
  14. Everest.
    https://everest.distcomp.org/apps/list . Cited December 7, 2023.
  15. M. McLennan and R. Kennell, “HUBzero: A Platform for Dissemination and Collaboration in Computational Science and Engineering,” Comput. Sci. Eng. 12 (2), 48-53 (2010).
    doi 10.1109/MCSE.2010.41
  16. K. Madhavan, L. Zentner, V. Farnsworth, et al., “nanoHUB.org: Cloud-Based Services for Nanoscale Modeling, Simulation, and Education,” Nanotechnol. Rev. 2 (1), 107-117 (2013).
    doi 10.1515/ntrev-2012-0043
  17. S. Steiger, M. Povolotskyi, H.-H. Park, et al., “NEMO5: A Parallel Multiscale Nanoelectronics Modeling Tool,” IEEE Trans. Nanotechnol. 10 (6), 1464-1474 (2011).
    doi 10.1109/TNANO.2011.2166164
  18. A. Alber, J. Nabrzyski, and T. Wright, “The HUBzero Platform: Extensions and Impressions,” in Proc. 3rd Int. Workshop on Science Gateways for Life Sciences (IWSG 2011), London, United Kingdom, June 8-10, 2011.
    https://ceur-ws.org/Vol-819/paper2.pdf . Cited December 7, 2023.
  19. D. Mejia, T. Kubis, and G. Klimeck, “NemoViz: a Visual Interactive System for Atomistic Simulations Design,” Vis. Eng. 6, Article Number 6 (2018).
    doi 10.1186/s40327-018-0067-4
  20. B. E. Granger and F. Pérez, “Jupyter: Thinking and Storytelling with Code and Data,” Comput. Sci. Eng. 23 (2), 7-14 (2021).
    doi 10.1109/MCSE.2021.3059263
  21. F. Pérez and B. E. Granger, “IPython: a System for Interactive Scientific Computing,” Comput. Sci. Eng. 9 (3), 21-29 (2007).
    doi 10.1109/MCSE.2007.53
  22. GitHub -- voila-dashboards/voila: Voilá turns Jupyter notebooks into standalone web applications.
    https://github.com/voila-dashboards/voila . Cited December 7, 2023.
  23. R. Thomas and S. Cholia, “Interactive Supercomputing with Jupyter,” Comput. Sci. Eng. 23 (2), 93-98 (2021).
    doi 10.1109/MCSE.2021.3059037
  24. O. I. Samovarov and S. S. Gaysaryan, “The Web-laboratory Architecture Based on the Cloud and the UniHUB Implementation as an Extension of the OpenStack Platform,” Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. 26 (1), 403-420 (2014).
    doi 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-17
  25. S. V. Polyakov, A. V. Vyrodov, D. V. Puzyrkov, and M. V. Yakobovskiy, “Cloud Service for Decision of Multiscale Nanotechnology Problems on Supercomputer Systems,” Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. 27 (6), 409-420 (2015).
    doi 10.15514/ISPRAS-2015-27(6)-26
  26. Electron. Build cross-platform desktop apps with JavaScript, HTML, and CSS.
    https://www.electronjs.org/. Cited December 7, 2023.
  27. TOP500. The List. June 2023.
    https://www.top500.org/lists/top500/2023/06/. Cited December 7, 2023.
  28. SUPPZ.
    http://suppz.jscc.ru/. Cited December 7, 2023.
  29. CKP KIAM RAS.
    https://ckp.kiam.ru/?home . Cited December 7, 2023.
  30. Node.js.
    https://nodejs.org/. Cited December 7, 2023.
  31. NestJS: A progressive Node.js framework.
    https://nestjs.com/. Cited December 7, 2023.
  32. Express: Node.js web application framework.
    https://expressjs.com/. Cited December 7, 2023.
  33. TypeORM: Amazing ORM for TypeScript and JavaScript.
    https://typeorm.io/. Cited December 7, 2023.
  34. Vue.js: The Progressive JavaScript Framework.
    https://vuejs.org/. Cited December 7, 2023.
  35. Quasar Framework.
    https://quasar.dev/. Cited December 7, 2023.
  36. Request for Comments: 6455. The WebSocket Protocol.
    https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc6455 . Cited December 7, 2023.
  37. PM2 - Home.
    https://pm2.keymetrics.io/. Cited December 7, 2023.
  38. Redis.
    https://redis.io/. Cited December 7, 2023.
  39. Git.
    https://git-scm.com/. Cited December 7, 2023.
  40. The Official YAML Web Site.
    https://yaml.org/. Cited December 7, 2023.
  41. Decorator-based transformation, serialization, and deserialization between objects and classes.
    https://github.com/typestack/class-transformer . Cited December 7, 2023.
  42. Decorator-based property validation for classes.
    https://github.com/typestack/class-validator . Cited December 7, 2023.
  43. Markdown Guide.
    https://www.markdownguide.org/. Cited December 7, 2023.
  44. A. A. Bondarenko, E. M. Kononov, O. A. Kosolapov, et al., “Software Package GIMM_NANO,” in Proc. Int. Supercomputer Conf. Scientific Service on the Internet: All Facets of Parallelism, Novorossiysk, Russia, September 23-28, 2013.
    http://agora.guru.ru/abrau2013/pdf/333.pdf . Cited December 7, 2023.
  45. T. G. Elizarova, Quasi-Gas Dynamic Equations (Springer, Berlin, 2009).
    doi 10.1007/978-3-642-00292-2
  46. V. O. Podryga and S. V. Polyakov, “Multiscale Mathematical Modeling of the Metal Nanoparticles Motion in a Gas Flow,” in Lecture Notes in Computer Science (Springer, Cham, 2019), Vol. 11386, pp. 387-394.
    doi 10.1007/978-3-030-11539-5_44
  47. J. M. Haile, Molecular Dynamics Simulations: Elementary Methods (Wiley, New York, 1992).
  48. V. O. Podryga, S. V. Polyakov, and D. V. Puzyrkov, “Supercomputer Molecular Modeling of Thermodynamic Equilibrium in Gas-Metal Microsystems,” Numerical Methods and Programming (Vychislitel’nye Metody i Programmirovanie) 16 (1), 123-138 (2015).
    doi 10.26089/NumMet.v16r113
  49. Ansys Fluent. Fluid Simulation Software.
    https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent . Cited December 7, 2023.
  50. CFD Module. Simulate Single-Phase and Multiphase Flow.
    https://www.comsol.com/cfd-module . Cited December 7, 2023.
  51. S. V. Polyakov, V. O. Podryga, D. V. Puzyrkov, and T. A. Kudryashova, “Supercomputer Molecular Modeling of Gas-Dynamic Deposition of Nanoparticles onto a Substrate,” in Proc. Int. Conf. on Russian Supercomputing Days, Moscow, Russia, September 24-25, 2018 (Mosk. Gos. Univ., Moscow, 2018), pp. 782-792.
    http://russianscdays.org/files/pdf18/782.pdf . Cited December 7, 2023.
  52. V. Podryga and S. Polyakov, “Atomistic Modeling of Metal Nanocluster Motion Caused by Gas Flow Impact,” Lobachevskii J. Math. 40 (11), 1987-1993 (2019).
    doi 10.1134/S1995080219110210
  53. Visualizer.
    https://kitware.github.io/visualizer/. Cited December 7, 2023.
  54. U. Ayachit, The ParaView Guide: A Parallel Visualization Application (Kitware Inc., Clifton Park, 2015).

Лицензия

Copyright (c) 2023 Н. И. Тарасов, В. О. Подрыга, С. В. Поляков

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.