A Study on the Realization of Virtual Design & Development Grid System

funder : 국무조정실3.연구의 내용 및 범위 본 연구에서는 VDD Grid 시스템을 구축하기 위한 핵심기반 기술들을 확보하기 위해서 서울대학교 항공우주 구조연구실의 자원을 활용한 DCG(Departmental Computing Grid) 시스템을 구축하였으며, 그리드 컴퓨팅을 위한 다양한 수치실험을 수행하였다. DCG 시스템은 크게 3개의 클러스터 시스템과 분산 컴퓨팅 환경의 PC Farm으로 크게 구성되어 있으며, 리눅스 시스템을 기본으로 하였다. 그리드 컴퓨팅을 위해서 MPICH, PACX-MPI 등의 병렬처리용 미들웨어들과 Globus (Ver. 1.1.4)와 Condor (Ver. 6.3.1) 등과 같은 시스템 관리용 미들웨어들이 설치되어 테스트되었다. 본 연구팀이 개발하여 보유하고 있던 초대형 구조해석을 위한 병렬 다중 프런트 해법을 그리드 환경에서 최적화하기 위한 연구가 수행되었다. 먼저, 그리드 환경에서 최적화된 통신패턴을 개발하기 위한 연구가 수행되었으며 그리드 시스템을 구성하는 각 구성요소들의 성능차이를 고려한 2단계 영역분할기법을 새롭게 제시하여 연구에 활용하였다. 그리고 그리드 환경에서 초대형 구조해석을 수행하기 위해 gmsh를 이용한 효율적인 유한요소 메쉬 모델링 기법을 확보하였다. DCG 시스템과 본 연구를 통해 확보된 그리드 컴퓨팅 기술을 본 연구팀이 개발하고 있는 새로운 비파괴기법인 TSA(Tapping Sound Analayis)의 개발에 활용하여 보았다. TSA 기법은 구조물의 성문(Sound Print) 데이터의 확보를 통해 구조물의 손상 정도를 파악하는 기법인데, 이러한 성문 데이터의 확보에 많은 양의 계산이 요구되게 된다. 본 연구에서는 DCG 시스템과 분산 그리드 컴퓨팅 기술을 적용하여 TSA를 위한 구조물의 성문데이터 획득을 효율적으로 수행할 수 있었다.3.Contents and Scope In this year, DCG(Departmental Computing Grid) system was constructed to obtain the core technology about VDD Grid system. DCG system was utilized to run various numerical experiments. Three cluster systems and one PC-farm system comprise. Linux operating system was installed to each PC and MPICH, PACX-MPI were installed for parallel computing tests. Globus(Ver. 1.1.4) was installed for constructing GRID system and Condor(Ver. 6.3.1) was also installed for job-scheduling and submitting. The developed parallel multifrontal solver was modified to increase the performance in Grid computing environment. A new two-phase mesh-partitioning scheme was developed to consider the difference in performance. Also, the optimized communication pattern was investigated to minimize the communication cost in Grid environment. The finite element modeling methodology by utilizing gmsh software was studied for large-scale structural analysis. Finally, the distributed computing technology was applied to run huge computations required in TSA(Tapping Sound Anlaysis). TSA is a new NDE (Non-Destructive Evaluation) method, which determines the existence of subsurface defects by comparing the tapping sound of test structure with the tapping sound of original healthy structure. As a reference data, the tapping sound of original healthy structure is named sound print of the structure and is obtained by using high precision computation. Because many tapping points are required to obtain the exact sound print data, many times of tapping sound simulation are required. The simulation of tapping sound requires complicated numerical procedures. Therefore, TSA may not be a feasible methodology without inexpensive parallel processing technology. In this work, DCG(Departmental Computing GRID) system was utilized to run tapping sound simulations

Realization of Virtual Design and Development GRID System

funder : 국무조정실I. 제 목 항공우주 구조물의 가상 설계 및 개발 구현 II. 연구개발의 목적 및 중요성 네트워크로 연결된 컴퓨팅 자원들을 활용한 초정밀 시뮬레이션 기술에 기반 하여 가상설계 및 개발을 구현해 보는 것이 본 연구의 목적이며, 그리드컴퓨팅 기술의 항공우주 기술(ST) 분야에의 응용연구이다. 이러한 가상설계및 개발 기술은 ST분야의 경우처럼, 설계경험이나 관련 데이터의 축적을 위해서는 오랜 시간과 지속적인 투자가 요구되는 분야에서 그리드 컴퓨팅 기술을 활용하여 개발시간과 개발비용을 대폭 줄일 수 있는 기술이다. 그리고 ST분야뿐만 아니라 제조업 전 분야와 반도체 회로, 대형 디스플레이 장비 등과 같이 첨단 IT 기반 제품의 설계 및 개발에도 활용될 수 있다. III. 연구개발의 내용 및 범위 본 연구의 당해연도 연구에서는 VDD GRID II 시스템을 DCG 시스템의 확장과 Entry- point 서버 시스템의 운영을 통해 구현하고, VDD GRID II 시스템을 활용하여 Nongradient- based Pattern Search 기반 최적화 연구를 수행하는 것이 주요 연구내용이다. 우선, 기존의 DCG 시스템과 Pegasus 시스템(클러스터 슈퍼컴퓨터, 400CPU급)의 GRID 전용 Pool 시스템과 연동하여 확장하며, 유저의 편의성 증대를 위해 웹 기반의 인터페이스를 제공하는 Entry- point 서버 환경을 구현한다. 그리고 최적화 연구를 그리드 환경에서 수행할 수 있는 최적화 모듈을Entry- point 서버의 웹 서비스를 통해 수행할 수 있도록 한다. 한편, 본 연구를 통해 개발하고 있는 IPSAP/G의 지속적인 성능 향상 연구를 계속하며 VDD GRID II 시스템과 IPSAP/G를 활용하여 항공우주 구조물의 다분야 최적설계를 구현한다. IV. 연구개발결과 GLOBUS와 OpenPBS를 활용하여 Pegasus 클러스터 슈퍼컴퓨터 시스템에 80 CPU급의 GRID 전용 Pool를 구현하고, DCG 시스템과 연동하여 VDD GRID II 시스템을 구현하였다. 그리고 유저인증 ,실시간 자원 모니터링 기능 및 최적화 작업수행을 웹서비스를 통해 제공하는 Entry- point 서버 시스템을 개발하여 운영하였다. 서버 시스템은 Globus Toolkit 또는 Grid computing에 익숙하지 않은 일반 사용자에게 웹을 통해 GRID Job을 실행시킬 수 있는 인터페이스를 제공한다. 웹 응용프로그램 서버로 소스 공개 소프트웨어인 Zope(www.zope.org)가 사용되었다. Zope는 Python 언어로 만들어졌으며, 웹을 통한 웹 응용프로그램 개발이 가능하 며, 프로그램을 개발하는데 Python 또는 Perl 스크립트를 사용할 수 있다는 장점을 갖는다. 개발된 웹 응용 프로그램은 Zope 서버를 기본으로, Python 언어와 Globus Toolkit을 이용하여 구현되었다. 웹 프로그램은 grid proxy를 담당하는 GSI 모듈, 사용자 파일을 관리하는 File Manager 모듈, Grid 자원에 사용자 프로그램을 실행시키기 위한 Job Submission 모듈 그리고 DCG 자원과 이들의 사용량을 모니터링 하기 위한 Grid Resources 모듈로 구성되었다. 한편, VDD GRID II 시스템과 최적화 작업 수행 모듈을 이용하여 새로운 수치해석 기법인 무요소(Meshless) 기법의 파라미터 최적화 연구를 수행하였다. 개발 중인 많은 무요소법들 중, 이동최소자승 근사법에 기반을 둔 무요소갤러킨법에 초점을 맞춰 정확한 수치해를 구하기 위해 조절되어야 할 변수 연구를 진행 하였다. 수치적분을 위한 바탕셀의 필요성 및 가중함수 영향영역 결정을 위해 기존의 무요소법에 버블 패킹 기법(bubble packing technique)을 적용하였다. 이 방법을 이용해 기존의 방법들보다 손쉽고 통합적인 수치해석이 가능하도록 하는 최적의 변수를 획득하기 위해 최적화 컴퓨팅 모듈을 이용한 변수 연구를 수행 하였다. 변수연구를 수행하기 위해 사용된 수치예제로는 2차원 비압축성 유동의 대표적인 문제인 cavity문제를 해석하였다. 이 유동의 정확한 모사를 위해 필요한 무요소법의 최적의 변수를 찾는 수치모사에 최적화 컴퓨팅 모듈을 사용함으로써 그리드 컴퓨팅 기 술의 필요성을 제시하였다. IPSAP/G 의 가장 기본이 되는 병렬 다중 프런트 기법을 BLAS, LAPACK 등의 고성능 수치연산 라이브러리를 활용하여 성능을 대폭 향상시켰다. 그리고 Block- Lanczos 고유치 해법의 성능도 대폭 향상시켜, 700만 미지수 수준의 초대형 구조물의 10개의 고유치를 Pegasus 시스템에서 256개의 프로세서를 사용하여 1시간 이내에 모든 계산을 수행할 수 있었다. 또한, 그리드 환경에서 보다 정확한 성능분석을 수행할 수 있도록 하기 위해서 MPI 로그 파일 기법을 활용하여 개발 응용 코드의 네크워크 사용량을 분석할 수 있는 툴을 개발하여 적용하였다. 그리드 환경에서 항공우주 구조물에 대한 최적설계를 구현하기 위해서, 그리드 환경에 적합하다고 널리 알려져 있는 유전자 알고리듬을 이용한 최적 설계 모듈을 개발하였다. 개발된 최적설계 모듈을 이용해서 항공기 날개 구조물에 대한 최적설계를 수행해 보았다. 모두 15개의 설계변수를 설정하였으며, 100개로 구성된 개체군들에 대해서 50세대에 걸쳐 계산을 수행하였다. 설계목적은 무게최소화로 하였고, 구속조건으로 최대변위값과 최대응력값에 대한 상한과 1차 자유진동 모드 주파수의 하한을 설정하였다. 한편 각 개체들의 우성(Fitness)을 계산하기 위한 정밀 응력해석 및 진동해석에는 IPSAP/G를 이용하였다. V. 연구개발의 활용에 대한 건의 본 연구를 통해 개발된 DCG 시스템 구현기술이나 Entry- point 서버 구현 기술은 그리드 기술을 활용할 수 있는 표준모델로서 널리 활용될 수 있으며, 최적화 구현기술은 다양한 제품의 설계 및 개발에 적용될 수 있을 것이다. VI. 기 대 효 과 분산된 유휴 자원의 효율적인 활용 및 응용 프로그램의 개발I. Title Realization of Virtual Design & Development GRID System II. Objective of the study and its importance The aim of study is to realize the virtual design and development system based on the high- precision simulation technology. The distributed systems including PCs, clusters, servers, etc. are utilized as the computing resources through GRID technology. If sufficient computing resources are provided economically through GRID computing technology, more precise simulations for design and development may be performed in a short time and the various design parameters can be considered in detail. Therefore, the cost and time for new design and development can be minimized. III. Content and scope of the study The scope of the present work is to design and construct a GRID pool in the Pegasus system. The GRID pool will be coupled with the DCG system. Also, to provide the convenience of usage, the entry- point server is to be constructed and the GUI environments based on the web service is to be developed. The optimization computing module is to be developed and linked into the web service. The performance optimization of IPSAP/G(Internet Parallel Structural Analysis Program/GRID- enabled) will be carried out. The high- performance math library such as BLAS, LAPACK will be utilized. IV. Result of the study The GRID pool in Pegasus system was constructed and coupled with the DCG system. The Globus toolkit and OpenPBS were installed into the GRID pool. An entry- point web server system has been developed for effective utilization of the DCG system. The web server provides through- the- web interface to launch Grid jobs for inexperienced general user of the Globus Toolkit. The entry- point web server system is composed of the web application server system that is not part of the DCG and the web application that runs on it. Zope (www.zope.org) is used for the web application server which is an open- source server programmed using the Python language. It features through- the- web development environment and enables incorporation of Python and Perl scripts to take care of the application logic. The web application is built on top of Zope using Python and Globus toolkit. It is composed of the GSI module which handles the grid proxy, the File Management module which is responsible for managing user file for Grid computing, the Job Submission module which deals with submitting Grid jobs and Grid Resources module which handles resource monitoring. In this work, we executed a parameter study for meshless method which is broadly developed and researched by numerical work group since, the mid 1990""s. Among the developed meshless methods, we focused on the meshless method based on moving least square approximation. To determine the influence domain of weight function and to obtain the backcell for integration of discretized equation, we adapted the bubble packing method to the meshless method. To optimize the parameter of the meshless method, we used the grid computing module. To conduct the parameter study, we simulated and analysed a 2- D cavity flow that is governed by incompressible viscous Navier- Stokes equation. Also we verified the effectiveness of grid computing module by conducting optimizing of parameters utilizing the GRID computing technology. The performance optimization of IPSAP/G was successfully carried out by adopting BLAS and LAPACK. 10 eigenvalues and eigenmodes of huge structures which has more than 7 million DOFs(degress of freedom) can be extracted within one hour when the 256 CPUs of Pegasus system was utilized. And The MPI log analysis tool was developed to investigate the network usage of application program. For the optimal design of aerospace structures in grid environment, optimization module has been developed based on a genetic algorithm. An optimal design of aircraft wing was carried out using the optimization module developed in the study. The problem has 15 optimization parameters. 50 generations was carried out with 100 individuals in population running simultaneously in distributed grid resources. The objective of the optimal design is the minimization of weight with maximum displacement, stress and minimum lowest natural frequency constraints. The structural analysis for the static and natural frequency response of the structure was carried out using the IPSAP/G. V. Suggestion for utilization The DCG system may be considered as an standard computing GRID system model. And the optimization technology based on GRID system can be utilized for the practical design and development of various products. VI. Expected Effects The effect utilization of distributed computing resources and the efficient development of application program

Implementation of a Computational Grid based on Support from Cluster Resource

funder : 국무조정실I. 제 목 클러스터 자원제공을 통한 컴퓨팅 그리드 구축 II. 연구개발의 중요성 및 목적 과거 슈퍼 컴퓨터를 이용한 계산들이 근래에는 클러스터를 이용하여 해결하는 경우가 많아졌다. 슈퍼 컴퓨터와 성능의 차이는 크지 않지만 시스템 자원의 사용 비용 면에서는 매우 저렴하게 이용할 수 있기 때문이다. 이는 최근의 개인용 컴퓨터의 대중화와 부품 가격의 하락 그리고 네트워크 장비의 고성능화가 급속히 이루어졌기 때문인데, 규모가 크지 않은 대학의 실험실이나 연구소 등에서 큰 컴퓨팅 파워를 필요로 하는 BT, NT, ST 등의 기술 연구를 위해 클러스터 컴퓨팅 시스템을 요긴하게 쓸 수 있는 환경이 만들어지고 있다. 한편, 최근에는 단순 분산 시스템이나 www을 아우르는 infrastructure인 그리드 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 클러스터 시스템들을 다시 광역적으로 엮어 이기종 시스템간의 연동 컴퓨팅을 구현하는 KISTI의 국가 그리드 기반 구축 프로젝트의 일부로서 자원의 안정적인 제공의 임무를 띄고 있다. 이를 위해 CPU대 네트웍의 병목현상을 해결하기 위하여 기존 보유 클러스터의 네트웍 장비를 업그레이드 하고 globus toolkit을 주축으로 하는 그리드 연동 필수 소프트웨어의 세팅을 완료하는 것을 일차적인 목표로 하고, 프로젝트에 참여하는 타 기관과의 유연한 연동을 추구함으로서 초대형 고성능 컴퓨팅 자원의 구축에 이바지 하는 것을 목표로 한다. III. 연구개발의 내용 및 과정 이번 과제에 사용하게 된 Pentium4 클러스터는 Intel 1.5GHz CPU 탑재한 노드 16가 100Mbps fast ethernet 네트워크로 연결되어 있던 시스템으로서 기존에 실험실의 연구에 활용되었던 것이다. 이를 Nortel사의 BayStack 380- 24T 기가비트 스위치와 Intel 기가비트 랜카드 등을 이용하여 네트워크를 업그레이드 시키는 한편, 3.06GHz(dual)급 CPU를 갖고 있는 로긴 서버를 새로이 설치하고 로긴 서버의 /home을 각 계산 노드가 NFS로 공유하도록 하여 관리의 편의성을 도모하였다. 시스템의 O/S로는 경험적인 검증을 통해 클러스터 시스템 운영에 적합하다고 판단된 Redhat 7.3을 O/S로 탑재하였다. 클러스터간 연동의 핵심 요소인 그리드 미들웨어로는 globus toolkit2.4을 설치하였고, local job scheduler로서는 OpenPBS- 2.3.16을 사용하였으며, MPI 프로그램으로는 grid- enabled 기능을 갖고 있는 MPICH_G2를 설치하였다. 또한 단일 클러스터로서의 사용 편의성을 위해서 구성 노드간 rsh를 설정하였고, Python 스크립트 툴인 clustexec를 자체적으로 개발하여 일괄 작업에 유용하게 사용할 수 있도록 하였다. 그리드에 의한 자원 연동은, 미리 교환된 인증서를 보유하고 있다는 가정 하에 그리드 풀 안에 있는 자원을 자유롭게 이용할 수 있기 때문에, 네트웍 침입자에 대한 방화벽을 튼튼히 쌓아야 하는데, tcp wrapper와 iptables을 이용하여 이를 해결하였다. 시스템의 설정을 완료한 후에는 그리드 유저들의 본격적인 이용을 하기 전에 그리드 툴이 정상적으로 세팅 되어졌는가와 시스템이 안정적으로 동작을 하는지의 여부를 확인 하였고, 네트웍의 latency를 측정하는 Netpipe와 시스템의 전체적인 성능을 측정하는 HPL등으로 간단한 벤치 마크를 실시하였다. IV. 연구개발 결과 위의 과정을 통하여 이번 그리드 프로젝트의 핵심적인 부분인 클러스터 기반 컴퓨팅 자원의 원활한 제공 준비가 완료되었음을 확인할 수 있었다. VI. 기 대 효 과 본 연구는, 개발 사업적인 측면에서, 고성능의 저렴한 컴퓨팅 자원을 필요로 하는 대학원 실험실 레벨의 연구 기관에 시스템 구축 및 운용의 모범 사례가 될 것이며, 협업적인 측면에서는, 국가 그리드 프로젝트의 기본 인프라인 안정적인 자원 제공이라는 역할을 수행함으로써, 조만간 불어 닥칠 IT기술의 핫이슈인 그리드 역할을 할 것이라 사료된다.I. Title Implementation of a Computational Grid based on Support from Cluster Resource II. Objective of the study and its importance In these days, one tends to use cluster computing power in instead of super computer. Because the cost of cluster is much lower than that of super computer though the computing performance of cluster is not as different as that of super computer. This is possible by the popularization of PCs, decline of the components and increase of performance of network device. The laboratory of university or small scale institute which is needs large scale computing power for BT, NT, ST technologies, can use cluster computing system essentially. The research of Grid which is the infrastructure that unites simple distributed system covering with www, become very active recently. In this study, we provide stable cluster system for the part of the project of national grid basis construction by KISTI. This project realizes the collaboration of widely distributed clusters and supercomputers. For these purpose, the bottleneck between CPU and network must be reduced by upgrade of network devices. And essential software for grid connection must be set for the first goal. By the connection with other institution participates in this project, we can help to construct the large scale and high performance computing. III. Content of the study and procedure The cluster which be used in this work is composed of 16 nodes of 1.5GHz- Intel Pentium4 CPU and connected each other on 100Mbps fast ethernet network environment. It has worked for laboratory parallel algorithm application program. Now this system was upgraded to Gigabit connectivity in Network environment and 3.06GHz(dual) Pentium4 login server was newly installed. This login server takes rolls of NFS mount server for /home directory for local nodes as well as gate- point to the cluster. RedHat linux 7.3 was adopted for O/S because it was estimated stable one for cluster computing by long experiences. The main toolkit for grid environment, globus- 2.4 was installed and OpenPBS- 2.3.16 was set up as local job scheduler, and MPICH_G2 which is grid- enabled MPI library was installed with device option of globus2. To help system managements easily, a simple script ""clustexec"" was made with python. This scripts allow one command to do automatic consecutive work to local nodes with threading. The collective resource allocation system permit resource usage freely only to pre- authorized one based on GSI. If local area of grid pool was invaded, the whole resource would be stolen. IV. Result of the study and next object In this work, and it can be shown that supporting from cluster resources is ready to work for implementation of a computational grid project. V. Expected Effects The system management and operating know- how would be good examples for laboratory level, which requires cluster system of high performance computing in low cost. In the view of resource collaboration, the basic infrastructure of grid environment was established through stable supply of computing power. It would make the position of national grid technology higher against rapid varying IT environment

Antibodies Prevalence against HPV­6b and ­16 Recombinant Fusion Proteins in Korean Patients with Cervical Neoplasia

Objectives: This study was to investigate the adjunctive diagnostic utility of HPV fusion proteins from the sera in the patients with cervical neoplasia. Immunologic researches on host factors in HPV infection could contribute to better understanding of patho-physiologic mechanisms of cervical carcinogenesis, and provide valuable informations for HPV vaccine development. Methods: Prevalence of antibodies against human papillomavirus (HPV) in sera of the patients with carcinomas (n = 81), precancers (n = 25) of uterine cervix and normal controls (n = 40) in Korean women were investigated by Western blot immunoassay using partially purified TrpE fusion recombinant proteins for HPV-6b and HPV-16. Results: In 81 patients with cervical cancer, 15 (19%) and 54 (67%) patients were positive for antibodies to at least one of the tested recombinant proteins related to HPV-6b or HPV-16, respectively. And in 25 patients with HPV-related squamous intraepithelial lesion (SIL) of cervix, 10 were positive for at least one of the tested antibodies for HPV-6b gene products (40%) and 11 were positive for HPV-16 related antibodies (44%). The prevalence rates of antibodies for HPV-6b in the sera of SIL patients were significantly higher than those from the sera of cervical cancer patients (p < 0.05). There was an inverse correlation between increasing the positivity against HPV-16 E6 protein and progression of cervical lesions, but there was no significant correlation between the positivities of the other antibodies to HPV-16 and the severity of disease. Conclusion: These results suggest that the recombinant proteins related to HPV-6b and HPV-16 could be useful in evaluation of the patients with HPV-related cervical lesions and these might play an adjunctive role in diagnosis and management of cervical neoplasia.ope