Dalla progettazione e dal lancio di un sistema di gestione del flusso di lavoro specializzato nel 2010, un team di ricerca dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha continuamente aggiornato la tecnologia per aiutare gli scienziati computazionali a sviluppare software, visualizzare i dati e risolvere i problemi.

I sistemi di gestione del flusso di lavoro consentono agli utenti di preparare, produrre e analizzare processi scientifici per semplificare le simulazioni complesse. Conosciuto come l'ambiente computazionale integrato di Eclipse, o GHIACCIO, questo particolare sistema incorpora una suite completa di strumenti di calcolo scientifico progettati per risparmiare tempo e fatica durante gli esperimenti di modellazione e simulazione.

La compilazione di queste risorse in un'unica piattaforma migliora l'esperienza utente complessiva e accelera le scoperte scientifiche. Usando ICE, sviluppatori di software, ingegneri, scienziati e programmatori possono definire problemi, eseguire simulazioni in locale su personal computer o in remoto su altri sistemi, anche supercomputer, quindi analizzare i risultati e archiviare i dati. Recentemente, il team ha pubblicato un articolo in SoftwareX che dettaglia la storia del sistema e prevede in anteprima i potenziali vantaggi delle versioni future.

"Ciò che amo davvero di questo progetto è rendere automatica la complicata scienza computazionale, " ha detto Jay Jay Billings, un ricercatore nella divisione di informatica e matematica dell'ORNL che guida il team di sviluppo dell'ICE. "Costruire sistemi di gestione del flusso di lavoro e strumenti di automazione è un tipo di futurismo, ed è stimolante e gratificante operare al limite del possibile".

I ricercatori utilizzano l'ICE per studiare argomenti in settori quali l'energia nucleare, astrofisica, produzione di additivi, materiale avanzato, scienza dei neutroni e calcolo quantistico, rispondendo a domande come il comportamento delle batterie e il modo in cui alcune parti stampate in 3D si deformano se esposte al calore.

Diversi fattori differenziano ICE da altri sistemi di gestione del flusso di lavoro. Per esempio, perché ICE esiste su un framework software open source chiamato Eclipse Rich Client Platform, chiunque può accedere, scaricalo e usalo. Gli utenti possono anche creare combinazioni personalizzate di risorse riutilizzabili e distribuire ambienti di simulazione su misura per affrontare sfide di ricerca specifiche.

"Eclipse ICE è un eccellente esempio di come il software open source può essere sfruttato per accelerare la scienza e la scoperta, soprattutto nel calcolo scientifico, ", ha dichiarato il direttore esecutivo della Fondazione Eclipse Mike Milinkovich. "La Fondazione Eclipse, attraverso il suo gruppo di lavoro scientifico guidato dalla comunità, sta promuovendo soluzioni open source per la ricerca avanzata in tutte le aree della scienza."

Inoltre, ICE aggira la curva di apprendimento ripida e dispendiosa in termini di tempo che di solito accompagna qualsiasi progetto di scienza computazionale. Sebbene altri sistemi richiedano una conoscenza approfondita del codice e del computer in questione, ICE consente agli utenti di iniziare immediatamente a facilitare i loro esperimenti, aiutandoli così a raccogliere dati e ottenere risultati molto più velocemente.

"Abbiamo prodotto un'interfaccia semplificata per i flussi di lavoro computazionali che differisce dai sistemi complicati per i quali devi essere specificamente qualificato per essere utilizzato correttamente, "Ha detto Billings.

In tutto questo progetto, Billings ha anche sottolineato l'importanza dell'accessibilità e dell'usabilità per garantire che gli utenti di tutte le età e livelli di esperienza, compresi i non scienziati, può utilizzare il sistema senza previa formazione.

"Il problema con molti sistemi di gestione del flusso di lavoro e con i codici di modellazione e simulazione in generale è che di solito sono inutilizzabili per i non addetti ai lavori, " Billings ha detto. "Abbiamo progettato ICE per essere utilizzabile e accessibile in modo che chiunque possa prendere un codice esistente e usarlo per affrontare urgenti problemi di scienza computazionale".

ICE utilizza il linguaggio di programmazione Java per definire flussi di lavoro, mentre altri sistemi usano linguaggi più oscuri. Così, studenti della scuola elementare, la scuola superiore e l'università hanno eseguito con successo i codici utilizzando ICE.

Finalmente, invece di fare affidamento su flussi di lavoro a griglia, raccolte di processi di elaborazione orchestrati, ICE si concentra su flussi di lavoro di modellazione e simulazione flessibili che offrono agli utenti un controllo interattivo sui loro progetti. I flussi di lavoro della griglia sono definiti da parametri rigorosi ed eseguiti senza intervento umano, ma ICE consente agli utenti di inserire informazioni aggiuntive durante le simulazioni per produrre scenari più complicati.

"In ICE puoi avere umani nel giro, il che significa che il programma può fermarsi, porre domande e ricevere istruzioni prima di riprendere l'attività, " Billings ha detto. "Questa funzione consente agli utenti del sistema di completare attività più complesse come il looping e la ramificazione condizionale".

Prossimo, il team di sviluppo intende combinare gli aspetti più pratici di ICE e altri sistemi attraverso l'interoperabilità del flusso di lavoro, un concetto che si riferisce alla capacità di due diversi sistemi di comunicare senza soluzione di continuità. La combinazione delle migliori caratteristiche dei flussi di lavoro della griglia con i flussi di lavoro di modellazione e simulazione consentirebbe agli scienziati di affrontare sfide ancora più grandi e risolvere i misteri scientifici in modo più efficiente.

"Se sto usando ICE e qualcun altro sta usando un sistema diverso, vogliamo essere in grado di affrontare i problemi insieme alle nostre risorse combinate, " Billings ha detto. "Con l'interoperabilità del flusso di lavoro, i nostri sistemi avrebbero un metodo standard per "parlare" tra loro."

Per migliorare ulteriormente l'accessibilità e l'usabilità di ICE, il team sta anche sviluppando una versione basata su cloud per fornire servizi di elaborazione ancora più interattivi per semplificare i flussi di lavoro scientifici.

"Ecco cos'è la ricerca:continuiamo a capire il prossimo passo per capire meglio il sistema, "Ha detto Billings.