cách mạng hóa khoa học kỹ thuật qua cyber infrastructure

1 Gi Gi á á o o sư sư Trương Trương Nguy Nguy ệ ệ n n Th Th à à nh nh C C á á ch ch m m ạ ạ ng ng h h ó ó a a khoa khoa h h ọ ọ c c k k ỹ ỹ thu thu ậ ậ t t qua cyber qua cyber - - infrastructure infrastructure Trung Trung tâm tâm H H ó ó a a lý lý thuy thuy ế ế t t Henry Henry Eyering Eyering Đ Đ ạ ạ i i h h ọ ọ c c Utah Utah 2 Khoa Khoa H H ọ ọ c c v v à à Công Công Ngh Ngh ệ ệ T T í í nh nh To To á á n n ( ( Computational Science and Engineering) Computational Science and Engineering) Các ngành khoa họcvàcông nghệ khác Khoa học máy tính Công nghệ (khai thác, biểudiễn) thông tin Là ngành khoa họctương đốimới, nghiên cứuviệc ứng dụng khả năng tính toán cao củamáytínhđể giải quyết các vấn đề của các ngành khoa học, công nghệ thông qua quá trình mô phỏng, mô hình hóa. Vớisự tiếnbộ trong lĩnh vực máy tính và công nghệ thông tin, việcmô phỏng trên máy tính đãcóthể thay thế mộtsố phương pháp thực nghiệmtruyềnthống. Thậm chí nhiềuhiệntượng phứctạptrongthựctế không thể tiếnhànhthực nghiệm đượcmàchỉ có thể mô phỏng trên máy tính. 3 “ “ Khoa Khoa h h ọ ọ c c t t í í nh nh to to á á n n cao cao c c ấ ấ p p s s ẽ ẽ tr tr ở ở th th à à nh nh y y ế ế u u t t ố ố ch ch í í nh nh h h ỗ ỗ tr tr ợ ợ nghiên nghiên c c ứ ứ u u khoa khoa h h ọ ọ c c ở ở th th ế ế k k ỷ ỷ 21 21 ” ” H H ộ ộ i i đ đ ồ ồ ng ng nghiên nghiên c c ứ ứ u u khoa khoa h h ọ ọ c c Hoa Hoa K K ỳ ỳ 4 “Khoa học tính toán – nghiên cứuviệcsử dụng khả năng tính toán cao cấpcủamáytínhđể hiểuvàgiải quyết các vấn đề phứctạp–trở thành vấn đề bức thiết trong mụctiêudẫn đầu khoa học, cạnhtranhkinhtế và an ninh quốcgia” John H. Marburger III, Giám đốc ban chính sách khoa họcvàcôngnghệ củatổng thống Mỹ Tạp chí hóa học và công nghệ 27/06/2005 Solid-State Physics Material Science Quantum Chemistry Molecular Mechanics Thermo- dynamics Computational Fluid Dynamics Reaction Engineering Kinetics Bio- Molecular Modeling Bio- Informatics Thang Thang n n ố ố i i k k í í ch ch thư thư ớ ớ c c th th ờ ờ i i gian gian v v à à không không gian gian Thang Thang n n ố ố i i c c á á c c ng ng à à nh nh khoa khoa h h ọ ọ c c v v à à k k ỹ ỹ thu thu ậ ậ t t Mechanical Engineering 6 ROADMAPCSE-Online là gì? CSE-Online là gì? CSE-Online là gì? CSE-Online là gì? Sơđồliên kết các ngành nghiên cứu 7 Mô Mô ph ph ỏ ỏ ng ng đa đa c c ỡ ỡ v v à à thi thi ế ế t t k k ế ế c c á á c c v v ậ ậ t t li li ệ ệ u u m m ớ ớ i i Thiếtkế sảnphẩmtừ vi mô đếnvĩ mô Tính chất hóa họccỡ nguyên tử Tương tác cỡ nano Bề mặtcỡ micro Weave properties P h â n t í c h , T h i ế t k ế v à T ố i ư u 8 N N ố ố i i li li ề ề n n h h ó ó a a h h ọ ọ c c cơ cơ b b ả ả n n & & k k ỹ ỹ thu thu ậ ậ t t ph ph ả ả n n ứ ứ ng ng Hóa lượng tử Động học& Động lựchọc Cơ chế phứctạp Mô phỏng CFD (Computational Fluid Dynamics) T h a n g t h ờ i g i a n v à k í c h t h ư ớ c 9 Fundamental Chemistry Prof. Minh Tho NGUYEN, Department of Chemistry, University of Leuven, Belgium Discovering Novel Chemical Phenomena using Quantum Chemical Methods • Atmospheric and combustion chemistry, • Organic and bioorganic molecules • Nano-molecules • New concepts for understanding reactivity Collaborations: - HCM City University of Technology - HCMCity Uni of Natural Sciences - University of Da Nang - University of Education Hanoi - VN National University Hanoi 10 Ch Ch ỉ ỉ nh nh ờ ờ v v à à o o m m á á y y t t í í nh nh , con , con ngư ngư ờ ờ i i c c ó ó th th ể ể hi hi ể ể u u rõ rõ c c ấ ấ u u tr tr ú ú c c v v à à ch ch ứ ứ c c năng năng c c ủ ủ a a c c á á c c phân phân t t ử ử ph ph ứ ứ c c t t ạ ạ p p [...]... ngành kỹ thuật và các lĩnh vực liên quan đến tri thức hiện đại (thương mại, bảo mật,…) Khoa học đang đối diện với sự bùng nổ thông tin 16 Nhóm tư vấn của NSF về Cyberinfrastructure Cyberinfrastructure (thuật ngữ được nhóm tư vấn đề xuất năm 2003): môi trường nghiên cứu trong đó các dịch vụ: tính toán cao câp, cộng tác, truy xuất dữ liệu, quản lý thong tin được cung cấp cho người nghiên cứu thông qua. .. thuật tính toán Trường đại học Vật lý Phòng thí nghiệm quốc gia Hóa học Sinh học Cô ng Khoa học vật liệu Kỹ thuật phản ứng Công cụ phân tích & trực quan hóa Hướng dẫn cụ Ứn Công cụ giao tiếp g dụ ng kh oa họ c Các công ty Tư liệ iệ uđ nt ơs &c ử ữ ởd liệu Computational Science and Engineering Online (CSEO) Môi trường tính toán trên web Mạng tính toán (Computing Grids) 23 CSE-Online là gì? CSE-Online... lai 21 A Cyber- Infrastructure for Computational Science and Engineering • • • • Thanh N Truong (Director) Julio Facelli Tom Cheatham James Lewis University of Utah University of Utah University of Utah Bringham Young University Supported by: National Science Foundation - Information Technology Research 22 CSE-Online là gì? Cyberinfrastructure cho khoa học và kỹ thuật tính toán Trường đại học Vật lý... giải quyết ngày nay Kỹ thuật này đã đạt đến mức có thể hiện thực hóa khái niệm cyberinfrastructure: những thể loại mới của môi trường tri thức khoa học, công nghệ, cách thức tổ chức và thực hiện nghiên cứu theo phương pháp mới với hiệu quả cao.” • http://www.cise.nsf.gov/sci/reports/toc.cfm • http://www.cise.nsf.gov/sci/reports/toc.cfm 17 Các hướng phát triển đồng qui Collaboratories Cyberscience GRIDS... thông qua hệ thống mạng tốc độ cao Gồm phần mềm, phần cứng, các công nghệ khác và con người cần thiết để hỗ trợ cho sự khám phá tri thức trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ hiện tại và tương lai (http://vis.sdsc.edu/sbe/SBE-CISE_Workshop_Intro.pdf) “một kỷ nguyên mới cho nghiên cứu khoa học và công nghệ đã ló dạng nhờ sự hỗ trợ của quá trình phát triển không ngừng trong kỹ thuật tính toán, thông... IT & Future of Higher Education Science-driven pilots 18 Sự phát triển của khoa học 1600 1700 1800 1900 1950 2000 time Bán thực nghiệm + Mô tả (M) Phân tích (P) + Thực nghiệm (TN) P+T+ Mô phỏng (M) P+T+M+KD (Khai thác dữ liệu) Mối quan hệ: T T P T P P M KD M Khoa học tính toán phát triển cùng với sự tiến bộ của máy tính Khoa học với dữ liệu cao (data-intensive science) mới xuất hiện gần đây Vai trò... (data farming, data mining)) 19 Qui trình hiện đại khám phá tri thức khoa học Tập hợp dữ liệu (Data Gathering) Tổ chức dữ liệu (Data Farming) : Lưu trữ/Truy xuất, Đánh thứ tự (Indexing), Tổ chức cấu trúc tìm kiếm (Searchability), Tổng hợp dữ liệu (Data Fusion), Trao đổi dữ liệu (Interoperability) Những thách thức chính về kỹ thuật } Kỹ thuật dữ liệu Khai thác tri thức (Data Mining): Tìm kiếm theo mẫu... (Outlier / anomaly searches), Biểu diễn trực quan đa chiều (Hyperdimensional visualization) Thông hiểu dữ liệu (Data Understanding) Khám phá tri thức mới (New Knowledge) Những thách thức chính về phương pháp 20 Điểm mấu chốt Nếu cơ sở hạ tầng dân dụng (civil infrastructure) cần thiết cho sự phát triển của kinh tế công nghiệp thì cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin (cyber infrastructure) cần cho sự phát triển... các nghiên cứu khoa học tính toán với hiệu quả cao • CSE-Online dễ dàng hóa các nghiên cứu đa ngành (multi-disciplinary) trên các vấn đề đa cỡ (multi-scale) phức tạp trong lĩnh vực KH&KT tính toán 27 CSE-Online là gì? CSE-Online là gì? ROADMAP CSE-Online là gì? Kiến trúc phần mềm CSE-Online là gì? Thành phần cơ bản Công cụ của các tổ chức khác • Quản lý tập tin • Quản lý dữ liệu trực quan • Công cụ... trên CPU máy cục bộ trong khi tất cả dữ liệu và công cụ ứng dụng nằm trên server hoặc các nguồn dữ liệu phân bố • Biểu diễn dữ liệu trực quan thời gian thực, phân tích dữ liệu thu thập từ các nguồn dữ liệu phân bố • Khả năng tiếp tục hoạt động ngay cả khi kết nối mạng bị đứt • Gửi, quản lý công việc đến/trên các máy tính từ xa, bao gồm hệ thống tính toán Grid 29 30 http://cseo.net http://cse-online.net . ngành kỹ thuật và các lĩnh vực liên quan đếntri thứchiện đại (thương mại, bảomật,…) Khoa học đang đối diệnvớisự bùng nổ thông tin 17 Nhóm tư vấncủaNSF về Cyberinfrastructure Cyberinfrastructure (thuậtngữ. 1 Gi Gi á á o o sư sư Trương Trương Nguy Nguy ệ ệ n n Th Th à à nh nh C C á á ch ch m m ạ ạ ng ng h h ó ó a a khoa khoa h h ọ ọ c c k k ỹ ỹ thu thu ậ ậ t t qua cyber qua cyber - - infrastructure infrastructure Trung Trung tâm tâm H H ó ó a a lý lý thuy thuy ế ế t t Henry. vấn đề cầngiải quyết ngày nay. Kỹ thuậtnàyđã đạt đếnmứccóthể hiệnthực hóa khái niệm cyberinfrastructure: những thể loạimớicủamôitrường tri thức khoa học, công nghệ, cách thứctổ ch ứcvàthựchiện nghiên