NanoHUB - NanoHUB

nanoHUB.org
NanoHUB logo.gif
Логотип nanoHUB.org
Тип сайта
Поддержка научных исследований
URLwww.nanohub.org
КоммерческийНет
Запущен2002

nanoHUB.org это научный и инженерный портал, включающий ресурсы, предоставленные сообществом, и ориентированный на образование, профессиональные сети и инструменты интерактивного моделирования для нанотехнологии.[1] Финансируется США Национальный фонд науки (NSF), это продукт Сети вычислительных нанотехнологий (NCN) .NCN поддерживает исследовательские усилия в наноэлектроника; наноматериалы; наноэлектромеханические системы (NEMS); наножидкости; наномедицина, нанобиология; и нанофотоника.

История

Сеть вычислительных нанотехнологий была создана в 2002 году.[2] создать ресурс по нанонауке и нанотехнологиям с помощью онлайн-сервисов для исследований, образования и профессионального сотрудничества. Первоначально это была инициатива нескольких университетов восьми организаций-членов, включая Университет Пердью, то Калифорнийский университет в Беркли, то Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн, Массачусетский Институт Технологий, то Молекулярное литейное производство в Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, Государственный университет Норфолка, Северо-Западный университет, а Техасский университет в Эль-Пасо, NCN теперь полностью работает в Purdue.

Соединенные штаты Национальный фонд науки (NSF) предоставил гранты на сумму около 14 миллионов долларов с 2002 по 2010 год, причем главный следователь Марк С. Лундстрем.[3]Постоянные гранты NSF США присуждаются с 2007 г. главный следователь Герхард Климек и соруководитель исследователя Алехандро Страчан, с общим объемом финансирования более 20 миллионов долларов.[4]

Ресурсы

В Веб-портал NCN - это nanoHUB.org и является экземпляром HUBzero центр. 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 по адресу Университет Пердью, так же хорошо как TeraGrid и Открытая научная сетка. Эти ресурсы предоставляются сотнями участников сообщества нанонауки.[7]

Основные типы ресурсов:[8]

  • Инструменты интерактивного моделирования для нанотехнологий и смежных областей
  • Учебные программы для преподавателей
  • Новости и события в сфере нанотехнологий
  • Лекции, подкасты и учебные материалы в разных форматах
  • Онлайн семинары
  • Интернет-мастерские
  • Группы пользователей
  • Онлайн-комнаты для групповых встреч
  • 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 динамического развертывания.

Примеры инструментов включают:[9]

ГРАФИК
вычисляет волновые функции огибающей и соответствующие энергии связанных состояний в типичном Металл-оксид-полупроводник (MOS) или структура полупроводник-оксид-полупроводник (SOS) и типичная структура SOI путем самосогласованного решения одномерного (1D) уравнения Пуассона и 1D Уравнение Шредингера.
Лаборатория квантовых точек
вычисляет собственные состояния частицы в коробке различной формы, включая купола и пирамиды.
Инструмент массового Монте-Карло
вычисляет объемные значения электронного скорость дрейфа, электрон средняя энергия и подвижность электронов для электрических полей, приложенных в произвольном кристаллографическом направлении в материалах столбцов 4 (Si и Ge) и III-V (GaAs, SiC и GaN).
Crystal Viewer
помогает в визуализации различных типов Решетки Браве, самолеты и Индексы Миллера необходим для многих курсов по материалам, электронике и химии. Также большие объемные системы для различных материалов (кремний, InAs, GaAs, алмаз, графен, Buckyball ) можно просмотреть с помощью этого инструмента.
Лаборатория ленточной структуры
вычисляет и визуализирует ленточные конструкции объемных полупроводников, тонкие пленки, и нанопровода для различных материалов, ориентации роста и условий деформации. Физические параметры, такие как ширина запрещенной зоны и эффективная масса также можно получить из вычисленных ленточных структур.
Набор инструментов для моделирования наноматериалов
использует молекулярная динамика для моделирования материалов в атомном масштабе.
Расчеты DFT с помощью Quantum ESPRESSO
использует теория 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 независящим от языка способом, 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 генерирует Графический интерфейс пользователя (GUI) для инструмента автоматически.[10]

Блокноты Jupyter

В дополнение к существующим инструментам графического интерфейса Rappture в nanoHUB, более поздний браузер на основе Юпитер записные книжки также доступны на nanoHUB с 2017 года. Jupyter в nanoHUB предлагает новые возможности с использованием существующего научного программного обеспечения и, в первую очередь, всех инструментов Rappture в nanoHUB с записными книжками с вкрапленным кодом (например, Python, текст и мультимедиа.

Рабочие места

Рабочее пространство - это рабочий стол Linux в браузере, который обеспечивает доступ к набору инструментов 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 тестирования и правильной работы кода 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 встроенные WebDAV поддержка в операционных системах Windows, Macintosh и Linux доступа к файлам nanoHUB на локальном рабочем столе.

Промежуточное ПО

В веб сервер использует демон для динамической ретрансляции входящих VNC подключения к исполняющему узлу, на котором запущен 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 передает 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 Unix системы, Xen виртуальные машины, и форма 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]

использование

Большинство пользователей приходят из академических учреждений, использующих nanoHUB в рамках своей исследовательской и образовательной деятельности. Пользователи также являются представителями национальных лабораторий и частного сектора. Как научный ресурс, 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 соответствует классу с 1 зачетом. Кредиты не выставляются - викторины и экзамены просты и предназначены для помощи в обучении, а не для тщательной проверки приобретенных навыков. В духе исследовательского университета курсы nanoHUB-U направлены 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 для любого студента, имеющего степень бакалавра технических или физических наук. Курсы включают в себя наноэлектронику, наноразмерные материалы и определение характеристик наноразмеров. Курсы nanoHUB-U теперь являются частью edX.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ 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 области грид-вычислений и повсеместных вычислений. Конспект лекций по информатике. 5036. С. 187–198. Дои:10.1007/978-3-540-68083-3_20. ISBN  978-3-540-68081-9.
  2. ^ 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. Дои:10.1109 / MCSE.2008.120.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ «Сеть для вычислительных нанотехнологий». Тезисы премии № 0228390. Национальный фонд науки. 10 сентября 2002 г.. Получено 19 сентября, 2011.
  4. ^ «Сеть для киберплатформы вычислительных нанотехнологий». Аннотация премии № 1227110. Национальный фонд науки. 20 ноября 2012 г.. Получено 6 февраля, 2019.
  5. ^ "nanoHUB.org". Получено 8 октября 2014.
  6. ^ «Виртуальный мир - это знак будущего для ученых, инженеров». Выпуск новостей. Science Daily. 18 июля 2008 г.. Получено 19 сентября, 2011.
  7. ^ «Авторы». официальный сайт nanoHUB.org. Получено 19 сентября, 2011.
  8. ^ Диана Г. Облингер (август 2007 г.). «наноХАБ» (PDF). Документ ELI 7. Educause Инициатива обучения. Архивировано из оригинал (PDF) 5 октября 2011 г.. Получено 19 сентября, 2011.
  9. ^ «nanoFORGE: доступные инструменты». веб-сайт nanoHUB. Получено 19 сентября, 2011.
  10. ^ «Инфраструктура: рапптюр». Получено 8 октября 2014.
  11. ^ 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. Дои:10.1007/978-0-387-73659-4_23. ISBN  978-0-387-73658-7.
  12. ^ «Цитаты». веб-сайт nanoHUB.org. Получено 19 сентября, 2011.
  13. ^ 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 оригинал 7 сентября 2008 г.. Получено 19 сентября, 2011.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка