Фото: Уилсон Мэлоун из Pexels

Никто не может точно предсказать, когда произойдет землетрясение. После землетрясения в Нортридже силой 6,7 балла в округе Лос-Анджелес в 1994 году, в результате которого 72 человека погибли, 9000 получили ранения и был нанесен ущерб в 25 миллиардов долларов, Южная Калифорния с нетерпением ждала «большого землетрясения»: разрушительного землетрясения, по прогнозам, магнитудой не менее 7,8 и В 44 раза сильнее. Сейсмологи могут лишь сказать, что это может произойти в течение ближайших 30 лет.

Хотя ученые не могут предсказать, когда и где произойдет землетрясение, подготовка является ключом к повышению устойчивости общества к сильным землетрясениям. В частности, Калифорнийский центр землетрясений (SCEC), расположенный в Университете Южной Калифорнии, разработал КиберШейквычислительная платформа, которая моделирует сотни тысяч землетрясений для расчета региональных моделей сейсмической опасности.

Выявив географические районы в Южной Калифорнии, наиболее подверженные риску сильных сотрясений, его результаты повлияли на строительные нормы и правила Лос-Анджелеса и на разработку моделей землетрясений в Геологической службе США, крупнейшем в стране агентстве по картографии Земли и геологии.

Исследования CyberShake, как и большая часть современной науки, требуют большого объема данных и вычислений. Научный рабочий процесс CyberShake сложен из-за многоэтапных вычислений, которые используются в многочисленных взаимосвязанных вычислительных задачах, выполняемых на местных и национальных суперкомпьютерах для моделирования 600 000 различных землетрясений. Институт информационных наук Университета Южной Калифорнии (ISI) располагает инструментами для создания и управления такими огромными данными.

Ева Дилман, профессор-исследователь в области компьютерных наук и директор по исследованиям ISI, с 2000 года постоянно разрабатывает и обновляет автоматизированную систему управления рабочими процессами под названием Pegasus.

Оптимизированные рабочие процессы

Пегас— названная в честь «Планирования выполнения и сеток» (PEG) и любви Дилмана к лошадям — превращает исследовательские эксперименты в оптимизированные рабочие процессы. Благодаря своему абстрактному дизайну он может использоваться учеными в различных областях: от сейсмологии до физики и биоинформатики.

Дилман сравнивает это с кулинарным рецептом: «Вы можете использовать один и тот же рецепт на разных кухнях. Разные пользователи могут запускать рецепт (рабочий процесс), но со своей собственной посудой (вычислительные ресурсы). Когда вы проектируете вещи достаточно широко, они стать широко применимым».

В 2016 году ученые из Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) использовали Пегас для захвата гравитационных волн во Вселенной, подтвердив общую теорию относительности Альберта Эйнштейна и получив Нобелевскую премию по физике 2017 года. За 16 лет сотрудничества ученых-компьютерщиков ISI и членов LIGO программное обеспечение управляло тысячами рабочих процессов с миллионами задач.

Центр совместного и адаптивного зондирования атмосферы (CASA), инженерно-исследовательский центр, занимающийся улучшением прогнозирования опасных погодных явлений и реагирования на них, также перенес свои трубопроводы в Pegasus. Поскольку суровые погодные условия могут замедлить работу и поставить под угрозу местные ресурсы и вычислительные мощности, программа отправляет данные CASA в облачные инфраструктуры, чтобы обеспечить непрерывный рабочий процесс.

Вдохновлено поведением животных

CyberShake полагался на Pegasus на протяжении последних 15 лет, включая свое последнее исследование с самым большим набором симуляций землетрясений. Pegasus управляла 2,5 петабайтами данных и выполнила 28 120 рабочих заданий в течение 108 дней для создания карт сейсмической опасности за 772 000 узловых часов.

«Без Pegasus мы не смогли бы заниматься такой наукой», — сказал Скотт Каллаган, ученый-компьютерщик из SCEC и ведущий разработчик CyberShake. SCEC будет расширять CyberShake в Северной Калифорнии, используя теперь самый быстрый суперкомпьютер в мире Frontier. Пегас продолжит оставаться на их стороне.

«Каждый раз, когда мы проводим одно из этих исследований, мы всегда сталкиваемся с неожиданными проблемами. Но я уверен, что с любыми проблемами рабочего процесса команда Pegasus сможет помочь нам справиться с ними, чтобы мы могли продолжать получать передовые научные достижения. готово», — сказал Каллаган.

Сейчас Дилман проводит исследования и концептуализирует SWARM, еще одну систему управления рабочими процессами, вдохновленную умелой координацией группового поведения социальных животных, таких как муравьи. Она также планирует улучшить процесс принятия решений в Pegasus с помощью искусственного интеллекта, переосмыслив, как системы рабочих процессов будут работать в будущем.

Предоставлено Университетом Южной Калифорнии.

Источник: PHYS.org