D-Grid
Die D-Grid Initiative baut eine nachhaltige Grid-Computing-Infrastruktur für den Bereich erweiterte Wissenschaft (e-Science) in Deutschland auf. Die D-Grid-Infrastruktur wird dabei helfen, Methoden des e-Science zu etablieren, indem Sie Projekten aus verschiedenen wissenschaftlichen Gebieten (u.a. Astronomie, Hochenergiephysik, Meteorologie, Medizin, Ingenieurwissenschaften und Geisteswissenschaften) eine Grid-Infrastruktur mit den benötigten Diensten und Benutzer-Support zur Verfügung stellt. So können sich in Zukunft die beteiligten Projekte ganz auf ihre fachliche Problematik konzentrieren und auf eine funktionierende und stabile Infrastruktur zugreifen.
Das D-Grid startete am 1. September 2005 und besteht aus sechs Community-Projekten und einem Integrationsprojekt (DGI), dazu kommen weitere Partnerprojekte.
Integrationsprojekt
Ein Teil der D-Grid Initiative ist das D-Grid Integrationsprojekt (DGI). Dieses sieht sich selbst als Grid-Dienste- und Grid-Ressourcenanbieter für die gesamte Wissenschaftsgemeinde in Deutschland. Die Projektleitung liegt beim Institut für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) am Forschungszentrum Karlsruhe. Die Ressourcen für einen nachhaltigen Betrieb des D-Grid sollen von den folgenden vier Fachgebieten (FG) bereitgestellt werden:
- FG1: D-Grid Basis-Software. Die Hauptaufgabe dieses Fachgebiets ist es, verschiedene Middleware-Pakete bereit zu stellen. Dazu gehören das Globus Toolkit, UNICORE, LCG/gLite, GridSphere und das Grid Application Toolkit (GAT). Die beim D-Grid beteiligten Communitie-Projekte werden von FG1 auch bei der Installation, dem Betrieb und der eventuell notwendigen Anpassung der Basis-Software unterstützt.
- FG2: Kern-D-Grid. Die Aufgabe von FG2 ist es, ein Kern-D-Grid aufzubauen und an diesem den Betrieb des Systems zu erproben. FG2 beschäftigt sich auch mit der Konzeption und Entwicklung der Lösungen für das Monitoring (Überwachung), Accounting (Verbrauchsermittlung) und Billing (Abrechnung) der Ressourcen.
- FG3: Netze und Sicherheit. Das FG3 bearbeitet Grid-spezifische netztechnische Fragestellungen um die vorhandene, vom DFN-Wissenschaftsnetz (X-WiN) bereitgestellte Netzwerk-Infrastruktur dahingehend zu erweitern, dass sie den Ansprüchen der eingesetzten Grid-Middleware genügt. Weitere Aufgaben umfassen Sicherheits-relevante Bereiche wie Aufbau einer AA-Infrastruktur, Einsatz von Firewalls und die Entwicklung Grid-spezifischer CERT Dienste.
- FG4: Projektleitung und Nachhaltigkeit. Diese Fachgebiet ist für die Integration der Ergebnisse des D-Grid Integrationsprojekts und der Ergebnisse der am D-Grid beteiligten Community Projekte zuständig. FG4 beschäftigt sich auch mit Fragen der Nachhaltigkeit im Bereich D-Grid und gridbasiertem e-Science allgemein.
Communities
Aktuell sind an der D-Grid-Initiative folgende Community-Grid-Projekte beteiligt:
AstroGrid-D
Im AstroGrid-D (auch German Astronomy Community Grid, GACG) arbeiten insgesamt dreizehn Wissenschaftseinrichtungen aus dem Fachgebiet der Astronomie und Informatik sowie Hochleistungsrechenzentren zusammen. Das Hauptziel des AstroGrid-D ist die Einbindung der astronomischen Forschungsinstitute in Deutschland in eine einheitliche Grid-basierte Infrastruktur um verteiltes, kollaboratives Arbeiten zu fördern. Existierende Hard- und Softwareressourcen, u.a. astronomische Datenarchive und robotische Teleskope in den beteiligten Forschungsinstituten, sollen in die Infrastruktur integriert werden. AstroGrid-D unterstützt die Standards der International Virtual Observatory Alliance (IVOA) und arbeitet mit internationalen Grid-Projekten zusammen. Die Leitung des AstroGrid-D liegt beim Astrophysikalischen Institut Potsdam (AIP).
C3-Grid
Im Collaborative Climate Community Data and Processing Grid, kurz C3-Grid, gibt es einen Verbund von Klimaforschern. Dieses Projekt beschäftigt sich nicht nur mit der Klimaforschung, sondern auch mit den Wechselwirkungen des Klimasystems mit sozio-ökonomischen Systemen. Bei der Klimaforschung wird mit komplexen Modellen das Verhalten des Erdsystems simuliert. Die dabei anfallenden Modelldaten werden neben den kontinuierlich anfallenden Beobachtungsdaten der Wetterdienste in Archiven an verschiedenen Standorten gesammelt. Für eine umfangreiche (globale und regionale) Analyse dieser Daten ist es notwendig, diese Archive miteinander zu vernetzen und im C3-Grid zu bearbeiten. Auch durch die Auswertung und Speicherung von Satellitendaten existiert in der Klimaforschung ein stetig größer werdender Bedarf nach Speicherplatz und Rechenkapazität. Die Möglichkeit, die anfallenden Daten in einem Grid abzulegen und zu analysieren, soll die Arbeit der Klimarforscher und deren Zusammenarbeit unterstützen. Die Leitung des C3-Grid liegt beim Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven.
HEP-Grid
Das HEP-Community-Grid, oder kurz HEP-Grid, ist das deutsche Hochenergiephysik-Grid. Die Leitung dieses Projekts liegt beim Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg, es arbeiten neun deutsche Institute und Universitäten sowie eine Reihe von assoziierten Partnern mit.
Hauptziel des HEP-Community-Grids ist es, die Datenauswertung in der Hochenergiephysik durch die effiziente Nutzung verteilter und vernetzter Speicher- und Rechnerressourcen zu verbessern. Die geplanten Entwicklungen sind wichtige Ergänzungen zu der benutzten Gridsoftware aus den Enabling Grids for E-scienceE (EGEE) und LHC Computing Grid (LCG) Projekten. Sie sind ein bedeutender Beitrag zur Datenanalyse laufender und zukünftiger Großexperimente, etwa am Large Hadron Collider (LHC) bei CERN oder an dem geplanten Internationalen Linearcollider (ILC).
InGrid
Das Community-Projekt InGrid ist ein Zusammenschluß im Bereich der Ingenieurwissenschaften. InGrid ermöglicht grid-basierte Anwendungen und effiziente Nutzung gemeinsamer Rechner- und Software-Ressourcen für ingenieurwissenschaftliche Projekte. Im Rahmen dieses Projektes soll eine Grid-Umgebung für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen erstellt werden. Durch den flexiblen Einsatz von Grid-Technologien sollen Modellierungs-, Simulations- und Optimierungskompetenz zusammengeführt sowie die gemeinsame Nutzung von Ressourcen effizient ermöglicht werden.
Fünf typische Anwendungsgebiete (Gießereitechnik, Umformung, Grundwasserströmung- und -transport, Turbinensimulation und Interaktion von Strömungs- und Strukturmechanik) sollen exemplarisch bearbeitet werden, um die drei zentralen Bereiche rechenintensiver ingenieurwissenschaftlicher Anwendungen (gekoppelte Multiskalenprobleme, gekoppelte multidisziplinäre Probleme sowie verteilte simulationsbasierte Optimierung) abzudecken. Insbesondere werden adaptive und skalierbare Prozessmodelle und Grid-basierte Ablaufumgebungen für diese Aufgabenstellungen entwickelt.
Ingenieurwissenschaftliche Forschung ist von Natur aus anwendungs- und industrienah. Die Unterstützung von virtuellem Prototyping und die Optimierung ingenieurwissenschaftlicher Abläufe ist daher ein Schwerpunkt des Projekts. Die Leitung von InGrid liegt beim Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) der Universität Stuttgart.
MediGRID
Im Verbundprojekt MediGRID haben sich renommierte Forschungseinrichtungen in den Bereichen Medizin, Bioinformatik und Gesundheitswissenschaften als Konsortialpartner zusammengeschlossen, um eine Grid-Middleware-Integrationsplattform und darauf aufsetzende eScience-Dienste für die biomedizinische Wissenschaft zu entwickeln. Die weitere Einbeziehung zahlreicher assoziierter Partner aus Industrie, Versorgungs- und Forschungseinrichtungen stellt das Projekt auf eine breite Interessensbasis.
Für das Projekt wurde eine modulare Aufgabenverteilung gewählt: In den vier methodischen Projekt-Modulen (Middleware, Ontologie-Werkzeuge, Ressourcenfusion und eScience) entwickeln die entsprechenden Konsortialpartner schrittweise eine Grid-Infrastruktur. Sie berücksichtigen dabei insbesondere die Anforderungen der Grid-Nutzer aus dem biomedizinischen Umfeld, welche exemplarisch in den drei anwendungsorientierten Projektmodulen (Biomedizinische Informatik, Bildverarbeitung, Klinische Forschung) erarbeitet werden.
TextGrid
Obwohl e-Science Konzepte und Grid Technologien ursprünglich aus den Naturwissenschaften und der Medizin stammen, gibt es auch breite Einsatzgebiete in den Geisteswissenschaften und der Kunst. TextGrid ist das erste geisteswissenschaftliche Grid-Projekt in Deutschland, und somit gemeinsam mit anderen e-Humanities Initiativen der ersten Stunde an der "Gridifizierung" der Geisteswissenschaften beteiligt.
TextGrid liefert einen Beitrag zur textbasierten Forschung. Eine grid-fähige Workbench ermöglicht die gemeinschaftliche philologische Bearbeitung, Analyse, Annotation, Edition und Publikation von wissenschaftlichen Texten. Grid Technologien verbinden die vorhandenen Textarchive, und - inspiriert von Ansätzen und Entwicklungsmöglichkeiten zum 'Semantic Grid' - deren Ressourcen wie Textkorpora, Wörterbücher und Nachweisinstrumente untereinander verknüpfen. Die für weitere Projekte offenen Schnittstellen ermöglichen Synergien mit anderen Initiativen in der wissenschaftlichen Textdatenverarbeitung sowie eine Rationalisierung des wissenschaftlichen Arbeitens unter anderem durch optimierten Zugriff auf Primärquellen und Werkzeuge.
In TextGrid kooperieren folgende fachwissenschaftliche und technische Partner: die TU Darmstadt, die SUB Göttingen (Projektleitung), das Institut für Deutsche Sprache, die Universität Trier, die Fachhochschule Worms, die Universität Würzburg, sowie die beiden Firmen DAASI International GmbH und Saphor GmbH.
Partnerprojekte
Unter anderem sind an der D-Grid-Initiative folgende Partner-Projekte beteiligt:
WISENT
WISENT ist das "Wissensnetz Energiemeteorologie" - ein vom BMBF gefördertes e-Science-Projekt zur informationstechnisch optimierten Zusammenarbeit von Organisationen, die Forschung und Entwicklung im Bereich Energiemeteorologie betreiben. Der Schwerpunkt liegt dabei auf erneuerbaren Energien, die in besonderem Maße vom Wetter abhängen.
Die Partner in WISENT sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Universität Oldenburg, OFFIS und meteocontrol GmbH.
Mit der Konstruktion des durch die Helmholtz-Gemeinschaft geförderten "virtuellen Instituts für Energiemeteorologie" (vIEM) ist eine institutionelle Basis geschaffen, die im IT-Bereich nun eine Ergänzung durch innovative gridbasierte Techniken für den Zugriff auf verteilte und vielfach sehr heterogene Ressourcen und deren verteilte Bearbeitung notwendig macht. Merkmal der Arbeiten im vIEM ist die gemeinsame Nutzung und Bearbeitung großer Datenbestände (in der Größenordnung vieler Terabyte), für die gegenwärtig noch keine ausreichend leistungsfähigen Instrumente und Dienste verfügbar sind. Die parallele Verarbeitung der Daten stellt einen vielversprechenden Lösungsweg für diese Probleme dar.
Förderung
Im Rahmen der D-Grid Initiative fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mehr als 100 deutsche Forschungseinrichtungen über einen Zeitraum von mindestens drei Jahren mit etwa 20 Millionen Euro.