POSE: Phase I: Tuitus - A sustainable, inclusive, open ecosystem for Natural Hazards Engineering

POSE:第一阶段:Tuitus - 一个可持续、包容、开放的自然灾害工程生态系统

基本信息

  • 批准号:
    2229702
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.76万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-15 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project is funded by Pathways to Enable Open-Source Ecosystems (POSE) which seeks to harness the power of open-source development for the creation of new technology solutions to problems of national and societal importance. Natural hazards, such as floods, landslides, earthquakes, tornadoes, and wildfires, threaten more than 57% of the US national infrastructure. Modeling these complex natural hazards pushes the frontiers of high-performance computing, multi-scale modeling, in-situ visualization, big-data analysis, and machine learning. Scientific software codes are often developed in an ad hoc manner by university researchers and graduate students with very little exposure to software development principles and practices. The robustness and open-source nature of these scientific codes are essential for the safety and security of the nation, its people, and the environment. The project establishes the Tuitus Foundation (Latin for “to protect or care for”), a sustainable, inclusive, open ecosystem of scientific codes for Natural Hazard Engineering (NHE). The project’s novelties are creating a unified interface that supports integration testing, research reproducibility, and workflow provenance in distributed computing environments. The project supports building scalable, automated testing and workflow management for high-performance computing (HPC) environments. The project tackles the social issues around building and sustaining a community by establishing a Governing Board of Directors and supporting community-driven software development in NHE. The project creates an inclusive community by offering guidelines and training for onboarding and supporting new developers through hackathons and Google Summer of Code. By auto-deploying thoroughly tested HPC software to the NSF-funded DesignSafe Cyberinfrastructure, the project impacts the broader community of 6,000 NHE researchers by making robust NHE codes immediately accessible. Open-source codes in NHE will significantly impact the decision-making process and regional-scale risk assessment. The integration of Tuitus Foundation’s HPC Continuous Integration/Continuous Delivery (CI/CD) service with DesignSafe creates a paradigm shift in open-source code delivery in NHE, improving real-world policy decisions during critical natural hazard events. The Tuitus Foundation adopts a holistic approach to address the critical technical challenges in the Open-Source Ecosystem (OSE) by offering a standard Application Programming Interface (API) for HPC and heterogenous hardware architectures and supporting a wide range of applications from HPC, machine learning, database schemas, Jupyter notebooks, and visualizations. This project is the first attempt to integrate HPC-scale CI testing with natural hazard engineering codes for multi-job pipelines. The Tapis framework provides programmable interfaces that enable developers to automate data management and job execution on HPC and cloud resources. Tapis OAuth2 provides a separate security layer for managing user credentials, allowing Tapis to access many different storage and computing resources on behalf of the user. HPC-scale CI/CD with theTapis API enables testing for extreme-scale problems on distributed computing environments and future exascale systems. The project offers workflow provenance in Jupyter notebooks by tracking workflows and packaging runtime environment, thus enhancing research reproducibility. The novel CI developments bring together literate programming and HPC testing to provide the much-needed robustness to improve trustworthiness in engineering decision-making.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目由开放源代码生态系统之路(POSE)资助,旨在利用开放源代码开发的力量,为国家和社会重要问题创造新技术解决方案。洪水、山体滑坡、地震、龙卷风和野火等自然灾害威胁着美国57%以上的国家基础设施。建模这些复杂的自然灾害推动了高性能计算、多尺度建模、现场可视化、大数据分析和机器学习的前沿。科学的软件代码通常是由大学研究人员和研究生以一种特殊的方式开发的,他们很少接触软件开发原则和实践。这些科学代码的健壮性和开源性对国家、人民和环境的安全和保障至关重要。该项目建立了Tuitus基金会(拉丁语为“保护或关心”),这是一个可持续、包容、开放的自然灾害工程(NHE)科学规范生态系统。该项目的新颖之处在于创建一个统一的接口,支持分布式计算环境中的集成测试、研究再现性和工作流来源。该项目支持为高性能计算(HPC)环境构建可伸缩的、自动化的测试和工作流管理。该项目通过在NHE中建立管理委员会和支持社区驱动的软件开发,解决了围绕构建和维持社区的社会问题。该项目通过黑客马拉松和谷歌代码之夏为新开发人员提供指导和培训,创建了一个包容的社区。通过自动部署经过全面测试的高性能计算软件到nsf资助的DesignSafe网络基础设施,该项目通过使强大的NHE代码立即可访问,影响了6000名NHE研究人员的更广泛的社区。开放源代码将显著影响NHE的决策过程和区域尺度的风险评估。Tuitus Foundation的高性能计算持续集成/持续交付(CI/CD)服务与DesignSafe的集成,在NHE中实现了开源代码交付的范式转变,在重大自然灾害事件中改善了现实世界的政策决策。Tuitus基金会采用一种全面的方法来解决开源生态系统(OSE)中的关键技术挑战,为HPC和异构硬件架构提供标准的应用程序编程接口(API),并支持HPC、机器学习、数据库模式、Jupyter笔记本和可视化等广泛的应用程序。该项目首次尝试将高性能pc规模CI测试与多作业管道的自然灾害工程规范相结合。Tapis框架提供了可编程接口,使开发人员能够在HPC和云资源上自动化数据管理和作业执行。Tapis OAuth2为管理用户凭证提供了一个单独的安全层,允许Tapis代表用户访问许多不同的存储和计算资源。具有tapis API的高性能pc级CI/CD可以在分布式计算环境和未来的百亿亿级系统上测试极端规模的问题。该项目通过跟踪工作流和打包运行时环境,在Jupyter笔记本中提供工作流来源,从而增强了研究的可重复性。新的CI发展将识字编程和高性能计算测试结合在一起,提供了急需的鲁棒性,以提高工程决策的可信度。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Detailed Functional Overview of an API and Workflow Engine for Scientific Research Computing
用于科学研究计算的 API 和工作流引擎的详细功能概述
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Freeman, N;Stubbs, J;Cardone, R;Garcia, C
  • 通讯作者:
    Garcia, C
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Introductory operations research
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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    2024
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    2103937
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    2021
  • 资助金额:
    $ 28.76万
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    $ 28.76万
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纳米(I-Phase+α-Mg)准共晶的临界半固态形成条件及生长机制
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    2025
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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 28.76万
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