Sedan design och lansering av ett specialiserat arbetsflödeshanteringssystem 2010, ett forskarlag från det amerikanska energidepartementets Oak Ridge National Laboratory har kontinuerligt uppdaterat tekniken för att hjälpa beräkningsforskare att utveckla mjukvara, visualisera data och lösa problem.

Arbetsflödeshanteringssystem tillåter användare att förbereda, producera och analysera vetenskapliga processer för att förenkla komplexa simuleringar. Känd som Eclipse Integrated Computational Environment, eller ICE, detta speciella system innehåller en omfattande uppsättning av vetenskapliga beräkningsverktyg utformade för att spara tid och ansträngning som spenderas under modellerings- och simuleringsexperiment.

Att sammanställa dessa resurser till en enda plattform förbättrar både den övergripande användarupplevelsen och påskyndar vetenskapliga genombrott. Använder ICE, mjukvaruutvecklare, ingenjörer, forskare och programmerare kan definiera problem, kör simuleringar lokalt på persondatorer eller på distans på andra system – även superdatorer – och analysera sedan resultat och arkivera data. Nyligen, laget publicerade en artikel i SoftwareX som både beskriver systemets historia och förhandsgranskar de potentiella fördelarna med kommande versioner.

"Vad jag verkligen älskar med det här projektet är att göra komplicerad beräkningsvetenskap automatisk, " sa Jay Jay Billings, en forskare vid ORNL:s datavetenskap och matematikavdelning som leder utvecklingsteamet för ICE. "Att bygga arbetsflödeshanteringssystem och automationsverktyg är en typ av futurism, och det är utmanande och givande att arbeta på gränsen till vad som är möjligt."

Forskare använder ICE för att studera ämnen inom områden inklusive kärnenergi, astrofysik, additiv tillverkning, avancerade material, neutronvetenskap och kvantberäkning, svara på frågor som hur batterier beter sig och hur vissa 3-D-tryckta delar deformeras när de utsätts för värme.

Flera faktorer skiljer ICE från andra arbetsflödeshanteringssystem. Till exempel, eftersom ICE finns på ett ramverk med öppen källkod som kallas Eclipse Rich Client Platform, vem som helst kan komma åt, ladda ner och använda den. Användare kan också skapa anpassade kombinationer av återanvändbara resurser och distribuera simuleringsmiljöer som är skräddarsydda för att hantera specifika forskningsutmaningar.

"Eclipse ICE är ett utmärkt exempel på hur programvara med öppen källkod kan utnyttjas för att påskynda vetenskap och upptäckt, särskilt inom vetenskaplig beräkning, " sa Eclipse Foundations verkställande direktör Mike Milinkovich. "The Eclipse Foundation, genom dess samhällsledda vetenskapsarbetsgrupp, främjar öppen källkodslösningar för avancerad forskning inom alla vetenskapsområden."

Dessutom, ICE kringgår den branta och tidskrävande inlärningskurvan som vanligtvis följer med alla beräkningsvetenskapliga projekt. Även om andra system kräver expertkunskap om koden och datorn i fråga, ICE gör det möjligt för användare att omedelbart börja underlätta sina experiment, vilket hjälper dem att samla in data och uppnå resultat mycket snabbare.

"Vi har tagit fram ett strömlinjeformat gränssnitt till beräkningsarbetsflöden som skiljer sig från komplicerade system som du måste vara specifikt kvalificerad i för att kunna använda korrekt, " sa Billings.

Under hela detta projekt, Billings har också betonat vikten av tillgänglighet och användbarhet för att säkerställa att användare i alla åldrar och erfarenhetsnivåer, inklusive icke-vetenskapsmän, kan använda systemet utan föregående utbildning.

"Problemet med många arbetsflödessystem och med modellerings- och simuleringskoder i allmänhet är att de vanligtvis är oanvändbara för lekmän, " sade Billings. "Vi designade ICE för att vara användbar och tillgänglig så att vem som helst kan plocka upp en befintlig kod och använda den för att lösa akuta beräkningstekniska problem."

ICE använder programmeringsspråket Java för att definiera arbetsflöden, medan andra system använder mer oklara språk. Således, elever i grundskolan, gymnasiet och högskolan har framgångsrikt kört koder med ICE.

Till sist, istället för att förlita sig på grid-arbetsflöden – samlingar av orkestrerade datorprocesser – fokuserar ICE på flexibla modellerings- och simuleringsarbetsflöden som ger användarna interaktiv kontroll över sina projekt. Grid-arbetsflöden definieras av strikta parametrar och exekveras utan mänsklig inblandning, men ICE tillåter användare att mata in ytterligare information under simuleringar för att skapa mer komplicerade scenarier.

"I ICE kan du ha människor i slingan, vilket betyder att programmet kan stoppas, ställ frågor och få instruktioner innan du återupptar aktiviteten, " Billings sa. "Denna funktion tillåter systemanvändare att slutföra mer komplexa uppgifter som looping och villkorlig förgrening."

Nästa, utvecklingsteamet avser att kombinera de mest praktiska aspekterna av ICE och andra system genom interoperabilitet i arbetsflöden, ett koncept som hänvisar till förmågan hos två olika system att sömlöst kommunicera. Att kombinera de bästa funktionerna i rutnätsarbetsflöden med arbetsflöden för modellering och simulering skulle göra det möjligt för forskare att ta itu med ännu större utmaningar och lösa vetenskapliga mysterier mer effektivt.

"Om jag använder ICE och någon annan använder ett annat system, vi vill kunna ta itu med problem tillsammans med våra samlade resurser, " sade Billings. "Med arbetsflödeskompatibilitet, våra system skulle ha en standardmetod för att "prata" med varandra."

För att ytterligare förbättra ICEs tillgänglighet och användbarhet, teamet utvecklar också en molnbaserad version för att tillhandahålla ännu mer interaktiva datortjänster för att förenkla vetenskapliga arbetsflöden.

"Det är vad forskning är - vi fortsätter att räkna ut nästa steg för att förstå systemet bättre, " sa Billings.