nanoHUB.org - это портал науки и техники, включающий ресурсы сообщества и ориентированный на образование, профессиональные сети и инструменты интерактивного моделирования для нанотехнологий . [1] Финансируемый Национальным научным фондом США (NSF), он является продуктом Сети вычислительных нанотехнологий (NCN). NCN поддерживает исследования в области наноэлектроники ; наноматериалы ; наноэлектромеханические системы (НЭМС); наножидкости ; наномедицина , нанобиология ; и нанофотоника .
Тип сайта | Сопровождение научных исследований |
---|---|
URL | www |
Коммерческий | Нет |
Запущен | 2002 г. |
История
Сеть вычислительных нанотехнологий была создана в 2002 году [2] для создания ресурса по нанонауке и нанотехнологиям через онлайн-сервисы для исследований, образования и профессионального сотрудничества. Первоначально несколько университетов инициативы восьми учреждений - членов , включающих в себя Purdue University , в Университете Калифорнии в Беркли , в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампань , Массачусетский технологический институт , в Molecular Foundry в Национальной лаборатории Лоренса Беркли , Норфолк государственный университет , Северо - Западного университета , и Техасский университет в Эль-Пасо , NCN теперь полностью работает в Purdue.
США Национальный научный фонд (NSF) предоставил гранты в размере около $ 14 млн с 2002 по 2010, с главным исследователем Марком С. Lundstrom . [3] Постоянные гранты NSF США присуждаются с 2007 года главным исследователем Герхардом Климеком и одним из главных исследователей Алехандро Страчаном с общим финансированием более 20 миллионов долларов. [4]
Ресурсы
Веб - портал о НКСЕ является nanoHUB.org и является экземпляром HUBzero ступицы. Он предлагает инструменты моделирования, материалы курса, лекции, семинары, учебные пособия, группы пользователей и онлайн-встречи. [5] [6] Инструменты интерактивного моделирования доступны из веб-браузеров и запускаются через распределенную вычислительную сеть в Университете Пердью , а также через TeraGrid и Open Science Grid . Эти ресурсы предоставлены сотнями участников нанонаучного сообщества. [7]
Основные типы ресурсов: [8]
- Инструменты интерактивного моделирования для нанотехнологий и смежных областей
- Учебные программы для преподавателей
- Новости и события нанотехнологий
- Лекции, подкасты и учебные материалы в разных форматах
- Онлайн семинары
- Интернет-мастерские
- Группы пользователей
- Онлайн-переговорные комнаты для групп
- Виртуальные рабочие области Linux, которые упрощают разработку инструментов на компьютере Linux в браузере
Инструменты моделирования
NanoHUB предоставляет инструменты моделирования в браузере, предназначенные для нанотехнологий, электротехники, материаловедения, химии и образования в области полупроводников. Моделирование nanoHUB доступно пользователям как как самостоятельный инструмент, так и как часть структурированной программы преподавания и обучения, включающей множество инструментов. Пользователи могут разрабатывать и вносить свои собственные инструменты для развертывания в реальном времени.
Примеры инструментов включают: [9]
- ГРАФИК
- вычисляет волновые функции огибающей и соответствующие энергии связанных состояний в типичной структуре металл-оксид-полупроводник (MOS) или полупроводник-оксид-полупроводник (SOS) и типичной структуре SOI путем самосогласованного решения одномерного (1D) уравнения Пуассона и одномерное уравнение Шредингера .
- Лаборатория квантовых точек
- вычисляет собственные состояния частицы в ящике различной формы, включая купола и пирамиды.
- Инструмент массового Монте-Карло
- вычисляет объемные значения электронов дрейфовой скорости , электронная средняя энергия и подвижность электронов для электрических полей , приложенных в произвольном направлении кристаллографической как в колонке 4 (Si и Ge) и III-V (GaAs, SiC и GaN) материалов.
- Crystal Viewer
- помогает в визуализации различных типов решеток Браве , плоскостей и индексов Миллера, необходимых для многих курсов по материалам, электронике и химии. Также с помощью этого инструмента можно просматривать большие объемные системы для различных материалов (кремний, InAs, GaAs, алмаз, графен, Buckyball ).
- Лаборатория ленточной структуры
- вычисляет и визуализирует зонные структуры объемных полупроводников, тонких пленок и нанопроволок для различных материалов, ориентации роста и условий деформации. Физические параметры, такие как ширина запрещенной зоны и эффективная масса, также могут быть получены из вычисленных зонных структур.
- Набор инструментов для моделирования наноматериалов
- использует молекулярную динамику для моделирования материалов в атомном масштабе.
- Расчеты DFT с помощью Quantum ESPRESSO
- использует теорию функционала плотности для моделирования электронной структуры материалов.
Инфраструктура
Набор инструментов Rappture
Набор инструментов Rappture (Rapid APPlication infrastrucTURE) обеспечивает базовую инфраструктуру для разработки большого класса научных приложений, позволяя ученым сосредоточиться на своем основном алгоритме. Он делает это независимо от языка, поэтому можно получить доступ к Rappture в различных средах программирования, включая C / C ++, Fortran и Python. Чтобы использовать Rappture, разработчик описывает все входы и выходы для симулятора, а Rappture автоматически генерирует графический интерфейс пользователя (GUI) для инструмента. [10]
Блокноты Jupyter
В дополнение к существующим инструментам графического интерфейса Rappture в nanoHUB с 2017 года на nanoHUB также доступны новейшие браузерные записные книжки Jupyter. Jupyter в nanoHUB предлагает новые возможности с использованием существующего научного программного обеспечения и, в первую очередь, всех инструментов Rappture в nanoHUB с ноутбуками. смешанного кода (например, Python , текст и мультимедиа.
Рабочие места
Рабочее пространство - это рабочий стол Linux в браузере, который обеспечивает доступ к инструментарию NCN Rappture, а также к вычислительным ресурсам, доступным в сетях NCN, Open Science Grid и TeraGrid. Эти ресурсы можно использовать для проведения исследований или в качестве области разработки новых инструментов моделирования. Можно загрузить код, скомпилировать его, протестировать и отладить. После того, как код протестирован и правильно работает в рабочей области, его можно развернуть в качестве активного инструмента на nanoHUB.
Пользователь может использовать обычные инструменты Linux для передачи данных в рабочее пространство и из него. Например, sftp [email protected] установит соединение с файловым ресурсом nanoHUB. Пользователи также могут использовать встроенную поддержку WebDAV в операционных системах Windows, Macintosh и Linux для доступа к своим файлам nanoHUB на локальном рабочем столе.
ПО промежуточного слоя
Веб - сервер использует демон динамически ретранслировать входящие VNC подключения к хосту выполнения , на котором сеанс приложения. Вместо использования маршрутизатора портов для настройки отдельного канала, по которому выполняется операция импорта или экспорта файла, он использует VNC для запуска действия в браузере, которое ретранслирует передачу файла через основной веб-сервер nanoHUB. Основное преимущество объединения этих возможностей в веб-сервере заключается в том, что он ограничивает точку входа в nanoHUB одним адресом: www.nanohub.org. Это упрощает модель безопасности, а также сокращает количество независимых сертификатов безопасности, которыми нужно управлять.
Одним из недостатков консолидации большей части обмена данными через веб-сервер является отсутствие масштабируемости, когда отдельные пользователи передают слишком много данных. Чтобы избежать заторов сетевого трафика, веб-сервер можно реплицировать и кластеризовать в одно имя с помощью циклического выбора DNS.
Хосты внутреннего исполнения, поддерживающие Maxwell, могут работать с обычными системами Unix , виртуальными машинами Xen и формой виртуализации на основе OpenVZ . Для каждой системы сервер VNC предварительно запускается для каждого сеанса. Когда используется OpenVZ, этот VNC-сервер запускается внутри виртуального контейнера. Процессы, запущенные в этом контейнере, не могут видеть другие процессы в физической системе, видеть нагрузку на ЦП, создаваемую другими пользователями, доминировать над ресурсами физического компьютера или устанавливать исходящие сетевые подключения. Выборочно отменяя ограничения, налагаемые OpenVZ, можно синтезировать полностью приватную среду для каждого сеанса приложения, которую пользователь может использовать удаленно. [11]
Применение
Большинство пользователей приходят из академических учреждений, использующих nanoHUB в рамках своей исследовательской и образовательной деятельности. Пользователи также поступают из национальных лабораторий и частного сектора. В качестве научного ресурса nanoHUB сотни раз цитировался в научной литературе, достигнув пика в 2009 году. [12] [13] Примерно шестьдесят процентов цитирований принадлежат авторам, не связанным с NCN. Более 200 ссылок относятся к исследованиям в области нанотехнологий, причем более 150 из них ссылаются на использование конкретных ресурсов. Двадцать цитат подробно описывают использование nanoHUB в образовании и более 30 ссылаются на nanoHUB как на пример национальной киберинфраструктуры. [ когда? ]
nanoHUB-U
Инициатива онлайн-курса nanoHUB-U была разработана для того, чтобы студенты могли изучать предмет в течение пяти недель, что примерно эквивалентно классу с 1 зачетом. Кредиты не выставляются - викторины и экзамены просты и предназначены для помощи в учебе, а не для тщательной проверки приобретенных навыков. В духе исследовательского университета курсы nanoHUB-U нацелены на привнесение новых достижений и понимания результатов исследований в учебную программу; Кроме того, в курсы часто входит моделирование (часто из nanoHUB). Прилагаются все усилия, чтобы преподавать курсы таким образом, чтобы они были доступны для начинающих аспирантов с различным опытом и минимальным количеством предварительных условий. Идеальный курс nanoHUB-U доступен всем студентам, имеющим степень бакалавра технических или физических наук. Курсы включают наноэлектронику, наноразмерные материалы и определение характеристик в наномасштабе. Курсы nanoHUB-U теперь являются частью edX .
Смотрите также
- Материалы информатики
- Интегрированная вычислительная инженерия материалов
- Мультимасштабное моделирование
Рекомендации
- ^ Себастьян Гоасгуен; Кришна Мадхаван; Дэвид Волински; Ренато Фигейредо; Хайме Фрей; Ален Рой; Пол Рут; Дунъянь Сюй (2008). «Интеграция промежуточного программного обеспечения и стратегии развертывания для киберинфраструктур». Достижения в грид и повсеместных вычислениях . Конспект лекций по информатике . 5036 . С. 187–198. DOI : 10.1007 / 978-3-540-68083-3_20 . ISBN 978-3-540-68081-9.
- ^ Герхард Климек , Майкл МакЛеннан, Шон П. Брофи, Джордж Б. Адамс III, Марк С. Лундстрем (сентябрь – октябрь 2008 г.). "nanoHUB.org: Развитие образования и исследований в области нанотехнологий" . Вычислительная техника в науке и технике . Компьютерное общество IEEE. 10 (5): 17–23. DOI : 10,1109 / MCSE.2008.120 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ «Сеть для вычислительных нанотехнологий» . Резюме премии № 0228390 . Национальный фонд науки. 10 сентября 2002 . Проверено 19 сентября 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Сеть для киберплатформы вычислительных нанотехнологий» . Резюме премии № 1227110 . Национальный фонд науки. 20 ноября 2012 . Проверено 6 февраля 2019 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ "nanoHUB.org" . Проверено 8 октября 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Виртуальный мир - знак будущего для ученых, инженеров» . Пресс-релиз . Science Daily. 18 июля 2008 . Проверено 19 сентября 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Авторы» . Официальный сайт nanoHUB.org . Проверено 19 сентября 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Диана Г. Облингер (август 2007 г.). «наноХАБ» (PDF) . Документ ELI 7 . Образовательная инициатива по обучению. Архивировано из оригинала (PDF) 5 октября 2011 года . Проверено 19 сентября 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «nanoFORGE: Доступные инструменты» . веб-сайт nanoHUB . Проверено 19 сентября 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Инфраструктура: рапптур» . Проверено 8 октября 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Себастьян Гоасген (2007). «Грид-архитектура для научных сообществ». Среды решения проблем на основе гридов . IFIP Международная федерация обработки информации. 239 . Международная федерация обработки информации. п. 397. DOI : 10.1007 / 978-0-387-73659-4_23 . ISBN 978-0-387-73658-7.
- ^ «Цитаты» . веб-сайт nanoHUB.org . Проверено 19 сентября 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Джеймс Р. Боттум; Джеймс Ф. Дэвис; Питер М. Сигел; Брэд Уиллер и Дайана Г. Облингер (июль – август 2008 г.). «Киберинфраструктура: в расчете на будущее» . Обзор Educause . 43 (4). Архивировано из оригинала на 7 сентября 2008 года . Проверено 19 сентября 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
дальнейшее чтение
- EDUCAUSE Обзор, т. 42, нет. 6 - nanoHUB: Сообщество и сотрудничество
- Публикации, связанные с HUBzero
- Федеральные ресурсы по совершенствованию образования
- IBM.com: nanoHUB правильно работает с удаленными вычислениями
- Алан Генри (28 августа 2007 г.). «Ученые соединяются в nanoHUB» . Appscout . Архивировано из оригинала 16 июля 2011 года. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
Внешние ссылки
- Официальный веб-сайт