Sinds het ontwerpen en lanceren van een gespecialiseerd workflowbeheersysteem in 2010, een onderzoeksteam van het Oak Ridge National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft de technologie voortdurend bijgewerkt om computerwetenschappers te helpen bij het ontwikkelen van software, data visualiseren en problemen oplossen.

Met workflowbeheersystemen kunnen gebruikers zich voorbereiden, wetenschappelijke processen produceren en analyseren om complexe simulaties te vereenvoudigen. Bekend als de Eclipse Integrated Computational Environment, of ijs, dit specifieke systeem bevat een uitgebreide reeks wetenschappelijke computerhulpmiddelen die zijn ontworpen om tijd en moeite te besparen tijdens modellering en simulatie-experimenten.

Het compileren van deze bronnen in één enkel platform verbetert zowel de algemene gebruikerservaring als wetenschappelijke doorbraken versnelt. Met behulp van ICE, software ontwikkelaars, ingenieurs, wetenschappers en programmeurs kunnen problemen definiëren, voer simulaties lokaal uit op pc's of op afstand op andere systemen, zelfs supercomputers, en analyseer vervolgens de resultaten en archiveer gegevens. Onlangs, het team publiceerde een artikel in SoftwareX dat zowel de geschiedenis van het systeem beschrijft als een voorbeeld van de mogelijke voordelen van aankomende versies.

"Wat ik echt leuk vind aan dit project is het automatisch maken van ingewikkelde computationele wetenschap, " zei Jay Jay Billings, een onderzoeker bij ORNL's Computer Science and Mathematics Division die leiding geeft aan het ICE-ontwikkelingsteam. "Het bouwen van workflowbeheersystemen en automatiseringstools is een vorm van futurisme, en het is uitdagend en lonend om aan de rand van wat mogelijk is te opereren."

Onderzoekers gebruiken ICE om onderwerpen te bestuderen op gebieden als kernenergie, astrofysica, additieve productie, geavanceerde materialen, neutronenwetenschap en kwantumcomputers, beantwoorden van vragen zoals hoe batterijen zich gedragen en hoe sommige 3D-geprinte onderdelen vervormen bij blootstelling aan hitte.

Verschillende factoren onderscheiden ICE van andere workflowbeheersystemen. Bijvoorbeeld, omdat ICE bestaat op een open-source softwareframework genaamd het Eclipse Rich Client Platform, iedereen heeft toegang, downloaden en gebruiken. Gebruikers kunnen ook aangepaste combinaties van herbruikbare bronnen maken en simulatieomgevingen implementeren die zijn afgestemd op specifieke onderzoeksuitdagingen.

"Eclipse ICE is een uitstekend voorbeeld van hoe open-sourcesoftware kan worden gebruikt om wetenschap en ontdekking te versnellen, vooral in wetenschappelijke informatica, " zei Mike Milinkovich, uitvoerend directeur van de Eclipse Foundation. "De Eclipse Foundation, via de door de gemeenschap geleide wetenschappelijke werkgroep, bevordert open-sourceoplossingen voor geavanceerd onderzoek op alle wetenschapsgebieden."

Aanvullend, ICE omzeilt de steile en tijdrovende leercurve die gewoonlijk gepaard gaat met elk computerwetenschappelijk project. Hoewel andere systemen deskundige kennis van de code en de computer in kwestie vereisen, ICE stelt gebruikers in staat om onmiddellijk te beginnen met het faciliteren van hun experimenten, waardoor ze gegevens kunnen verzamelen en veel sneller resultaten kunnen boeken.

"We hebben een gestroomlijnde interface voor computationele workflows geproduceerd die verschilt van gecompliceerde systemen waarvoor je specifiek gekwalificeerd moet zijn om correct te gebruiken, ', aldus Billings.

Gedurende dit project, Billings heeft ook het belang benadrukt van toegankelijkheid en bruikbaarheid om ervoor te zorgen dat gebruikers van alle leeftijden en ervaringsniveaus, inclusief niet-wetenschappers, kan het systeem gebruiken zonder voorafgaande training.

"Het probleem met veel workflowbeheersystemen en met modellerings- en simulatiecodes in het algemeen is dat ze meestal onbruikbaar zijn voor de leek, Billings zei. "We hebben ICE zo ontworpen dat het bruikbaar en toegankelijk is, zodat iedereen een bestaande code kan oppikken en deze kan gebruiken om dringende computerwetenschappelijke problemen aan te pakken."

ICE gebruikt de programmeertaal Java om workflows te definiëren, terwijl andere systemen meer obscure talen gebruiken. Dus, leerlingen op de lagere school, middelbare school en universiteit hebben met succes codes uitgevoerd met ICE.

Eindelijk, in plaats van te vertrouwen op rasterworkflows - verzamelingen van georkestreerde computerprocessen - richt ICE zich op flexibele modellerings- en simulatieworkflows die gebruikers interactieve controle over hun projecten geven. Grid-workflows worden gedefinieerd door strikte parameters en uitgevoerd zonder menselijke tussenkomst, maar met ICE kunnen gebruikers tijdens simulaties aanvullende informatie invoeren om meer gecompliceerde scenario's te produceren.

"In ICE kun je mensen op de hoogte houden, wat betekent dat het programma kan stoppen, vragen stellen en instructies ontvangen voordat u de activiteit hervat, Billings zei. "Met deze functie kunnen systeemgebruikers complexere taken uitvoeren, zoals looping en voorwaardelijke vertakking."

Volgende, het ontwikkelingsteam is van plan de meest praktische aspecten van ICE en andere systemen te combineren door middel van workflowinteroperabiliteit, een concept dat verwijst naar het vermogen van twee verschillende systemen om naadloos te communiceren. Door de beste eigenschappen van rasterworkflows te combineren met modellerings- en simulatieworkflows, kunnen wetenschappers nog grotere uitdagingen aangaan en wetenschappelijke mysteries efficiënter oplossen.

"Als ik ICE gebruik en iemand anders een ander systeem, we willen problemen kunnen aanpakken samen met onze gecombineerde middelen, "Billings zei. "Met workflow-interoperabiliteit, onze systemen zouden een standaardmethode hebben om met elkaar te 'praten'."

Om de toegankelijkheid en bruikbaarheid van ICE verder te verbeteren, het team ontwikkelt ook een cloudversie om nog meer interactieve computerdiensten te bieden om wetenschappelijke workflows te vereenvoudigen.

"Dat is wat onderzoek is - we blijven de volgende stap bedenken om het systeem beter te begrijpen, ', aldus Billings.