Upload
rene-willemsen
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Henri Bal
Divisie Wiskunde en InformaticaDivisie Natuurkunde en SterrenkundeFaculteit der Exacte Wetenschappen
Wetenschap langs de Digitale Snelweg:Virtueel kan alles
vrije Universiteit
2
Inleiding
• Ontwikkelingen in informaticaveranderen maatschappij
• Media hebben vooral aandachtvoor economische toepassingen
• Wetenschappelijke toepassingenzijn eveneens belangrijk- Stimuleren Informatica onderzoek- Nieuwe toepassingen mogelijk door
Internet en andere technologieën
3
Wetenschappelijke toepassingen
• Voorbeeld: World Wide Web- Ontstaan door vraag naar wereldwijde
toegang tot gegevens overkernfysica-experimenten
• Doel lezing:- Bestuderen van ontwikkelingen in informatica en
hun samenhang met wetenschappelijke toepassingen
- Vanuit leerstoel Natuurkundige Informatica en methoden voor grootschalig parallel rekenen
4
Overzicht ontwikkelingen
Vraag gebruikers Technologie
Rekenkracht Parallel rekenen
Natuurlijke interactie Virtuele werkelijkheden
Samenwerking op afstand Internet
5
Rekenkracht
• Wetenschappelijke toepassingen vergen zeer veel rekenkracht- Computersimulaties: nabootsen en
doorrekenen van situaties uit de werkelijkheid
• Parallel rekenen- Samenwerken van veel computers
aan één probleem
6
Interactieve toepassingen
• Natuurlijke interactie met computersystemen- Directe controle over lopende
simulatieprogramma’s
• Mogelijk door Virtual Realities (VR)- 3D grafische visualisatie-omgeving- Interactie met simulatie in VR
7
Samenwerking op afstand
• Nuttig bij multidisciplinair onderzoek
• Internet is technologische drijfveer
• Interactie via programma’s, data, instrumenten
Globus testbed
8
Overzicht
1 Parallel rekenen
2 Interactieve toepassingen
3 Samenwerking op afstand
4 Samenhang
5 Onderzoek
6 Onderwijs
9
1. Parallel rekenen
• Vraag naar rekenkracht groeit sneller dan aanbod
- Simulaties aan atmosfeer, klimaat, vliegtuigen, sterrenstelsels, molekulen
• IBM Blue Gene project (2000-2005)
- Bioinformatica (eiwit-vouwing)
- Nog factor 1000 meer rekenkracht nodig
• Parallel rekenen
- Computers samen laten werken aan 1 probleem
- Steeds vaker toegepast in de wetenschap
10
Supercomputers
• Accelerated Strategic Computing Initiative
- Kernbomsimulaties op 9000 computers
van fl. 225,000,000
voor slechts fl. 198,000,000 !!
11
Clustercomputers
• Clustercomputer
- PCs of werkstations verbonden door netwerk
- Parallelle computer uit standaard componenten
• Veel betere prijs/prestatieverhouding
- Minder gebruikers beter voor interactief gebruik
12
FEW Betacluster
• 128 PCs
• Applicaties:
- Quantumscheikunde
- Vastestoffysica
- Corneatopografie
- Near-field optics
- Zoekalgoritmen
- Tandheelkunde (ACTA)
- Onderwateracoustiek (TNO)
13
Ontwikkeling clusters
MinicomputerMainframe PC
PersonalCluster
?
Seq
uent
ieel
Supercomputer Cluster
Par
alle
l
14
Distributed supercomputing
• PCs en clusters zijn groot deel van de tijd ongebruikt
• Wereldwijd enorme rekencapaciteit ‘over’
• Kan deze rekenkracht gebruikt worden voor parallelle toepassingen?
• Parallel rekenen op wereldwijde systemen(distributed supercomputing)
15
SETI@home
• Search for ExtraTerrestrial Intelligence
- Analyse radiotelescoop signalen uit de ruimte
- Rekenen op PCs van vrijwilligers
• Statistieken
- 2.4 miljoen PCs
- 450.000 jaar rekentijd
- Aantal ET’s: 0
16
Toekomstige computersystemen
• Interactieve toepassingen op lokaal cluster
• Grootschalig parallel rekenen op meerdere clusters
• DAS & DAS-2:
- Prototypes gedistribueerde clustercomputers
van de onderzoekschool ASCI
17
Distributed ASCI SupercomputerVU (128) UvA (24)
Leiden (24) Delft (24)
6 Mb/sATM
Homogeen systeem
200 MHz Pentium ProMyrinet netwerkRedhat Linux
18
Homogene systemen
19
2. Interactieve toepassingen
• Natuurlijke interactie met computersystemen- Mogelijk door Virtual Realities zoals de CAVE
20
Human-in-the-loop
Simulatie
Visualisatie
Interactie
VR Commando’sVertaling
CAVE
CLUSTER345 723 980492 010 001
…...
21
Voorbeeld: molekuulsimulatie
22
• Belangrijk voor multidisciplinair onderzoek
• Mogelijk door breedbandige netwerken (bv Gigaport)
• Koppelen virtual realities via netwerken- Directe interactie tussen mensen op afstand- Tele-immersion (networked virtual
environments)
3. Samenwerking op afstand
23
Voorbeelden
Ontwerp auto’s [EVL]
Instrumenten[Globus]
Virtuele operatie[NASA Ames]
24
Overzicht
1 Parallel rekenen
2 Interactieve toepassingen
3 Samenwerking op afstand
4 Samenhang
5 Onderzoek
6 Onderwijs
25
Samenhang
Distributed supercomputing
Interactie metparallelle simulatie
Tele-immersion
Samenwerking en interactievia parallelle simulatie
VRParallelrekenen
Internet
26
Voorbeeld: Robocup
• Robocup: autonome robotslaten voetballen- Samenwerkende robots
hebben veel toepassingen
• Interactieve visualisatie Robocup-simulatie
27
Virtueel Robocup
CAVEAmsterdam
CAVE Stockholm
Voetbalwedstrijd
Parallellesimulatie
Interactie
10 6
28
Video
29
Lessen uit virtueel voetbal
• Vertraging simulatie geeft onnatuurlijke interactie - B.v. simulatie heeft verouderde positie speler- Langeafstands netwerken maken probleem
erger
• Onderzoek is relevant voor andere toepassingen- Voorbode voor wetenschappelijke
toepassingen met parallellisme, interactie en samenwerking op afstand
30
5. Onderzoek
• Wereldwijde infrastructuur voor koppelen van mensen, computers, data en instrumenten
• Computational grid:- Transparante koppeling, net als
elektriciteitsnetwerk (power grid)
• Specifieke onderzoeksproblemen:- Communicatie- Toepassingen
31
Communicatie
• Communicatie tussen computers nodig voor synchronisatie en data-uitwisseling
• Snelle communicatie belangrijk voor parallelle en interactieve programma’s
• Communicatiesnelheid over lokaal netwerk (binnen cluster) wordt bepaald door software
- Communicatie in Java (RMI) factor 35 versneld
32
Langeafstand communicatie
• Inherent traag- Door hardware en lichtsnelheid
• Bestaande grid-toepassingen communiceren weinig- SETI: elke parallelle taak duurt 1 dag
• Albatross project:- Welke parallelle toepassingen kunnen efficiënt
gedraaid worden op een wereldwijd systeem?
33
Inzichten
• Veel toepassingen zijn na optimalisatiegeschikt voor gedistribueerdeclustercomputers als DAS- Optimalisaties gebruiken
hiërarchische structuur
• Onderzoek nodig aan parallel programmeren van hiërarchische systemen- MagPIe: MPI’s collectieve communicatie- Satin: divide-and-conquer parallellisme in Java
34
Toepassingen
• Hoe kunnen we de nieuwe soorten toepassingen op grotere schaal mogelijk maken?- Nieuwe programmeeromgevingen nodig
• CAVEstudy toolkit- Ontwerp gestuurd door nieuwe
toepassingen (lasers, Robocup,molekuulsimulatie)
35
Onderzoek met CAVEstudy
• Interactie met (parallelle) simulatieprogramma’s- Vertaling menselijke acties naar input voor
simulatie- Zonder programma te veranderen
• Nieuwe vormen van interactie:- Virtueel meten
36
Virtueel meten
• Meet lengte wortelkanaal kies
• Samenwerking met ACTA
• Oplossing:- 3D visualisatie kies- Meten in VR
37
Virtueel meten in de CAVE
38
6. Onderwijs
• Bestaand onderwijs- Parallel programmeren (Informatica)- Wetenschappelijke visualisatie (Natuurkunde)
• Ontwikkelingen:- OKF project (1999-2000): integratie onderwijs- Afstudeervariant: Parallel rekenen en visualisatie- Nieuw college: Computer graphics- SURF project: lokale Virtual Reality omgeving,
opgebouwd uit standaard componenten
39
Video wand
4 x 2 scherm Achter de schermen
Princeton’s Scalable Display Wall
40
Conclusies
• Technologische ontwikkelingen aan- clustercomputers- virtual realities- Internet
openen de weg naar nieuwe soorten wetenschappelijke toepassingen
• Virtueel kan alles
41
Dank
• Bestuur van de Vereniging voor Christelijk Wetenschappelijk Onderwijs
• College van Bestuur van de Vrije Universiteit
• Faculteit der Exacte Wetenschappen- Divisie Wiskunde en Informatica- Divisie Natuurkunde en Sterrenkunde
• Andy Tanenbaum
42
Dank
43
Dank
44
Dank
• Marjolein
• Schoonouders en overige familie
• De echte wereld is nog leuker dan de virtuele wereld ……..
45
Ik heb gezegd