наноХАБ

nanoHUB.org
	Логотип nanoHUB.org
Тип сайта	Поддержка научных исследований
URL-адрес	www .nanohub .org
Коммерческий	Нет
Запущен	2002

nanoHUB.org — это научный и инженерный портал, включающий ресурсы сообщества и ориентированный на образование, профессиональные сети и интерактивные инструменты моделирования нанотехнологий . ^[1] США Финансируемый Национальным научным фондом (NSF), он является продуктом Сети вычислительных нанотехнологий (NCN).NCN поддерживает исследования в области наноэлектроники ; наноматериалы ; наноэлектромеханические системы (НЭМС); нанофлюидика ; наномедицина , нанобиология ; и нанофотоника .

История

Сеть вычислительных нанотехнологий была создана в 2002 году. ^[2] создать ресурс по нанонауке и нанотехнологиям через онлайн-сервисы для исследований, образования и профессионального сотрудничества.Первоначально это межуниверситетская инициатива восьми учреждений-членов, включая Университет Пердью , Калифорнийский университет в Беркли , Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн , Массачусетский технологический институт , Молекулярный литейный завод в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли , Государственный университет Норфолка , Северо-Западный университет. и Техасского университета в Эль-Пасо , NCN теперь полностью работает в Purdue.

США Национальный научный фонд (NSF) предоставил гранты на сумму около 14 миллионов долларов с 2002 по 2010 год вместе с главным исследователем Марком С. Лундстремом . ^[3]Гранты Национального научного фонда США выдаются с 2007 года совместно с главным исследователем Герхардом Климеком и соруководителем исследователя Алехандро Страчаном на общую сумму более 20 миллионов долларов. ^[4]

Ресурсы

Веб -портал NCN называется nanoHUB.org и является экземпляром хаба HUBzero . Он предлагает инструменты моделирования, учебные материалы, лекции, семинары, учебные пособия, группы пользователей и онлайн-встречи. ^[5]^[6]Инструменты интерактивного моделирования доступны из веб-браузеров и работают через распределенную вычислительную сеть Университета Пердью , а также TeraGrid и Open Science Grid . Эти ресурсы предоставляются сотнями участников нанонаучного сообщества. ^[7]

Основные типы ресурсов: ^[8]

Инструменты интерактивного моделирования для нанотехнологий и смежных областей
Учебные программы курсов для преподавателей
Новости и события в сфере нанотехнологий
Лекции, подкасты и учебные материалы в различных форматах
Онлайн семинары
Онлайн семинары
Группы пользователей
Комнаты для групповых онлайн-конференций
Виртуальные рабочие пространства Linux, которые облегчают разработку инструментов на машине Linux в браузере.

Инструменты моделирования

nanoHUB предоставляет инструменты моделирования в браузере, ориентированные на образование в области нанотехнологий, электротехники, материаловедения, химии и полупроводников. Моделирование nanoHUB доступно пользователям как в виде отдельных инструментов, так и в качестве части структурированных учебных программ преподавания и обучения, включающих многочисленные инструменты. Пользователи могут разрабатывать и предлагать свои собственные инструменты для оперативного развертывания.

Примеры инструментов включают в себя: ^[9]

ШРЕД: вычисляет волновые функции огибающей и соответствующие энергии связанных состояний в типичной структуре металл-оксид-полупроводник (МОП) или полупроводник-оксид-полупроводник (SOS) и типичной структуре КНИ путем самосогласованного решения одномерного (1D) уравнения Пуассона и одномерное уравнение Шрёдингера .

Лаборатория квантовых точек: вычисляет собственные состояния частицы в ящике различной формы, включая купола и пирамиды.

Массовый инструмент Монте-Карло: рассчитывает объемные значения скорости дрейфа электронов , средней энергии электронов и подвижности электронов для электрических полей, приложенных в произвольном кристаллографическом направлении в материалах столбца 4 (Si и Ge) и III-V (GaAs, SiC и GaN).

Кристальный просмотрщик: помогает визуализировать различные типы решеток Браве , плоскостей и индексов Миллера, необходимые для многих курсов по материалам, электронике и химии. большие объемные системы для различных материалов (кремний, InAs, GaAs, алмаз, графен, Buckyball ). С помощью этого инструмента также можно просматривать

Лаборатория зонной структуры: рассчитывает и визуализирует зонные структуры объемных полупроводников, тонких пленок и нанопроволок для различных материалов, ориентаций роста и условий деформации. Физические параметры, такие как ширина запрещенной зоны и эффективная масса, также можно получить из рассчитанных зонных структур.

Набор инструментов для моделирования наноматериалов: использует молекулярную динамику для моделирования материалов на атомном уровне.

Расчеты ДПФ с Quantum ESPRESSO: использует теорию функционала плотности для моделирования электронной структуры материалов.

Инфраструктура

Набор инструментов Восторга

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 входные и выходные данные симулятора, а Rappture автоматически генерирует графический интерфейс пользователя (GUI) для инструмента. ^[10]

Блокноты Jupyter

В дополнение к существующим инструментам графического пользовательского интерфейса Rappture в nanoHUB с 2017 года на nanoHUB также доступны новейшие блокноты Jupyter на базе браузера . Jupyter в nanoHUB предлагает новые возможности использования существующего научного программного обеспечения и, в первую очередь, всех инструментов Rappture в nanoHUB с блокнотами. вкрапленного кода (например, Python , текста и мультимедиа.

Рабочие пространства

Рабочая область — 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 того как код протестирован и правильно работает в рабочей области, его можно развернуть в качестве действующего 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 общим 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.

Промежуточное ПО

Веб -сервер использует демон для динамической ретрансляции входящих соединений VNC на исполняющий хост, на котором запущен сеанс приложения. Вместо использования маршрутизатора портов для настройки отдельного канала, по которому выполняются операции импорта или экспорта файлов, он использует VNC для запуска действия в браузере, который ретранслирует передачу файла через основной веб-сервер nanoHUB. Основное преимущество объединения этих возможностей на веб-сервере заключается в том, что точка входа в nanoHUB ограничивается одним адресом: www.nanohub.org. Это упрощает модель безопасности, а также уменьшает количество независимых сертификатов безопасности, которыми нужно управлять.

Одним из недостатков консолидации большей части коммуникаций через веб-сервер является отсутствие масштабируемости, когда отдельными пользователями передается слишком много данных. Чтобы избежать затора в сети, веб-сервер можно реплицировать и кластеризовать под одно имя посредством циклического выбора DNS.

Серверные хосты исполнения, поддерживающие Maxwell, могут работать с обычными Unix системами , виртуальными машинами Xen и формой виртуализации на основе OpenVZ . В каждой системе для каждого сеанса предварительно запускается VNC-сервер. При использовании OpenVZ этот VNC-сервер запускается внутри виртуального контейнера. Процессы, работающие в этом контейнере, не могут видеть другие процессы в физической системе, видеть загрузку ЦП, создаваемую другими пользователями, доминировать над ресурсами физической машины или устанавливать исходящие сетевые подключения. Выборочно преодолевая ограничения, налагаемые OpenVZ, можно синтезировать полностью частную среду для каждого сеанса приложения, которую пользователь может использовать удаленно. ^[11]

Использование

Большинство пользователей из академических учреждений используют nanoHUB в рамках своей исследовательской и образовательной деятельности. Пользователи также происходят из национальных лабораторий и частного сектора.В качестве научного ресурса nanoHUB упоминался в научной литературе сотни раз, достигнув пика в 2009 году. ^[12]^[13]Примерно шестьдесят процентов цитирований принадлежат авторам, не связанным с NCN. Более 200 цитат относятся к исследованиям в области нанотехнологий, причем более 150 из них ссылаются на конкретное использование ресурсов. Двадцать ссылок посвящены использованию nanoHUB в образовании, а более 30 упоминают nanoHUB как пример национальной киберинфраструктуры. ^{[ когда? ]}

наноХАБ-У

НаноХАБ-У ^[14] Инициатива онлайн-курсов была разработана, чтобы дать студентам возможность изучать предмет в течение пяти недель, что примерно соответствует уроку с 1 кредитом. Зачеты не выставляются – викторины и экзамены просты и предназначены для помощи в обучении, а не для строгой проверки приобретенных навыков. В духе исследовательского университета курсы nanoHUB-U направлены на привнесение в учебную программу новых достижений и знаний, полученных в результате исследований; кроме того, в курсы широко включено моделирование (часто из nanoHUB). Мы прилагаем все усилия, чтобы представить курсы таким образом, чтобы они были доступны начинающим аспирантам с самым разным опытом и минимальным количеством предварительных требований. Идеальный курс nanoHUB-U доступен всем студентам со степенью бакалавра инженерных или физических наук. Курсы включают наноэлектронику, наноразмерные материалы и наноразмерные характеристики. Курсы nanoHUB-U теперь являются частью edX .

См. также

Ссылки

^ Себастьян Гоасген; Кришна Мадхаван; Дэвид Волински; Ренато Фигейредо; Джейме Фрей; Ален Рой; Пол Рут; Дунъянь Сюй (2008). «Интеграция промежуточного программного обеспечения и стратегии развертывания киберинфраструктур». Достижения в области Grid и всеобъемлющих вычислений . Конспекты лекций по информатике . Том. 5036. стр. 187–198. дои : 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» . Вычисления в науке и технике . 10 (5). Компьютерное общество IEEE: 17–23. Бибкод : 2008CSE....10e..17K . дои : 10.1109/MCSE.2008.120 . S2CID 2020684 .
^ «Сеть вычислительных нанотехнологий» . Аннотация к премии № 0228390 . Национальный научный фонд. 10 сентября 2002 года . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ «Сеть киберплатформы вычислительных нанотехнологий» . Аннотация к премии № 1227110 . Национальный научный фонд. 20 ноября 2012 года . Проверено 6 февраля 2019 г.
^ «nanoHUB.org» . Проверено 8 октября 2014 г.
^ «Виртуальный мир – знак будущего для ученых и инженеров» . Выпуск новостей . Наука Дейли. 18 июля 2008 года . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ «Соавторы» . Официальный веб-сайт nanoHUB.org . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ Диана Г. Облингер (август 2007 г.). «наноХАБ» (PDF) . Документ ELI 7 . Educause Образовательная инициатива . Архивировано из оригинала (PDF) 5 октября 2011 года . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ «nanoFORGE: Доступные инструменты» . Веб-сайт nanoHUB . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ «инфраструктура: восторг» . Проверено 8 октября 2014 г.
^ Себастьен Гоасген (2007). «Грид-архитектура для научных сообществ». Среды решения проблем на основе сетки . ИФИП — Международная федерация обработки информации. Том. 239. Международная федерация обработки информации. п. 397. дои : 10.1007/978-0-387-73659-4_23 . ISBN 978-0-387-73658-7 . S2CID 35004767 .
^ «Цитаты» . Веб-сайт nanoHUB.org . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ Джеймс Р. Боттум; Джеймс Ф. Дэвис; Питер М. Сигел; Брэд Уиллер и Дайана Г. Облингер (июль – август 2008 г.). «Киберинфраструктура: в надежде на будущее» . Обзор образования . Том. 43, нет. 4. Архивировано из оригинала 7 сентября 2008 года . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ «Группа: НаноХАБ-У» .

Дальнейшее чтение

Обзор EDUCAUSE, том. 42, нет. 6 - nanoHUB: Сообщество и сотрудничество
Публикации, связанные с HUBzero
Федеральные ресурсы для повышения качества образования
IBM.com: nanoHUB правильно использует удаленные вычисления
Алан Генри (28 августа 2007 г.). «Ученые общаются в nanoHUB» . Аппскаут . Архивировано из оригинала 16 июля 2011 года.

Внешние ссылки

Официальный сайт

[1] Себастьян Гоасген; Кришна Мадхаван; Дэвид Волински; Ренато Фигейредо; Джейме Фрей; Ален Рой; Пол Рут; Дунъянь Сюй (2008). «Интеграция промежуточного программного обеспечения и стратегии развертывания киберинфраструктур». Достижения в области Grid и всеобъемлющих вычислений . Конспекты лекций по информатике . Том. 5036. стр. 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» . Вычисления в науке и технике . 10 (5). Компьютерное общество IEEE: 17–23. Бибкод : 2008CSE....10e..17K . дои : 10.1109/MCSE.2008.120 . S2CID 2020684 .

[3] «Сеть вычислительных нанотехнологий» . Аннотация к премии № 0228390 . Национальный научный фонд. 10 сентября 2002 года . Проверено 19 сентября 2011 г.

[4] «Сеть киберплатформы вычислительных нанотехнологий» . Аннотация к премии № 1227110 . Национальный научный фонд. 20 ноября 2012 года . Проверено 6 февраля 2019 г.

[5] «nanoHUB.org» . Проверено 8 октября 2014 г.

[6] «Виртуальный мир – знак будущего для ученых и инженеров» . Выпуск новостей . Наука Дейли. 18 июля 2008 года . Проверено 19 сентября 2011 г.

[7] «Соавторы» . Официальный веб-сайт nanoHUB.org . Проверено 19 сентября 2011 г.

[cause07-8] Диана Г. Облингер (август 2007 г.). «наноХАБ» (PDF) . Документ ELI 7 . Educause Образовательная инициатива . Архивировано из оригинала (PDF) 5 октября 2011 года . Проверено 19 сентября 2011 г.

[9] «nanoFORGE: Доступные инструменты» . Веб-сайт nanoHUB . Проверено 19 сентября 2011 г.

[10] «инфраструктура: восторг» . Проверено 8 октября 2014 г.

[11] Себастьен Гоасген (2007). «Грид-архитектура для научных сообществ». Среды решения проблем на основе сетки . ИФИП — Международная федерация обработки информации. Том. 239. Международная федерация обработки информации. п. 397. дои : 10.1007/978-0-387-73659-4_23 . ISBN 978-0-387-73658-7 . S2CID 35004767 .

[12] «Цитаты» . Веб-сайт nanoHUB.org . Проверено 19 сентября 2011 г.

[13] Джеймс Р. Боттум; Джеймс Ф. Дэвис; Питер М. Сигел; Брэд Уиллер и Дайана Г. Облингер (июль – август 2008 г.). «Киберинфраструктура: в надежде на будущее» . Обзор образования . Том. 43, нет. 4. Архивировано из оригинала 7 сентября 2008 года . Проверено 19 сентября 2011 г.

[14] «Группа: НаноХАБ-У» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]