Laboratoire virtuel de modélisation de systèmes moléculaires nanoscopiques. Grand Colloque STIC 2012
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- Gilles Couture
- il y a 8 ans
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1 FLOWVR-NANO / ANR CIS7 Labratire virtuel de mdélisatin de systèmes mléculaires nanscpiques Grand Cllque STIC 2012
2 Partenaires LBT (CNRS, Paris) Crdinateur : M Baaden Calcul intensif et simulatins mléculaires de systèmes bilgiques cmplexes Mais (INRIA, Grenble): B Raffin Applicatins interactives haute perfrmance, algrithmes parallèles adaptatifs LIFO (Université d'orléans): S Rbert Parallélisme, Réalité Uruguay Virtuelle et Visualisatin Scientifique Interactive CEA (DIF/DSSI, Bruyères): J. P. Nminé Département Sciences de la Simulatin et de l'infrmatin. Grand centre de calcul Calcul et visualisatin parallèles
3 Partenaires VISUALISATION B Lévy / LORIA T Ertl / VISUS CALCUL INTENSIF M Sansm / Univ Oxfrd MATÉRIAUX JP Nminé / CEA UK Eurpe Allemagne LBT (CNRS, Paris) Crdinateur : M Baaden Calcul intensif et simulatins mléculaires de systèmes bilgiques cmplexes Mais (INRIA, Grenble): B Raffin Applicatins interactives haute perfrmance, algrithmes parallèles adaptatifs LIFO (Université d'orléans): S Rbert Parallélisme, Réalité Uruguay Virtuelle et Visualisatin Scientifique Interactive CEA (DIF/DSSI, Bruyères): J. P. Nminé Département Sciences de la Simulatin et de l'infrmatin. Grand centre de calcul Calcul et visualisatin parallèles France INFORMATIQUE B Raffin / INRIA S Besse / HOLO3 N Férey / LIMSI S Rbert / LIFO
4 Objectifs Elabrer FVNan, un 'labratire virtuel' pur des simulatins mléculaires interactives Hisser FVNan à l'échelle du calcul intensif de pinte Parallélisme, Calculs sur GPU, Visualisatin perfrmante. Réaliser de grands défis applicatifs avec FVNan Structurer une cmmunauté interdisciplinaire autur des simulatins mléculaires interactives bilgie - chimie - matériaux - infrmatique Grand Cllque STIC 2012
5 Labratire virtuel - bjectifs Visualisatin scientifique interactive haute perfrmance avec des mdalités d'interactin adaptées Architecture lgicielle mdulaire cmpsants hétérgènes interchangeables multi platefrme (grappe de PC, multi cœur, GPU...) Envirnnement uvert Cmpsants lgiciels réutilisables Applicatins adaptables à l'envirnnement d'exécutin Favriser la disséminatin des techniques de simulatins interactives Factriser les effrts de dévelppement lgiciel Grand Cllque STIC 2012
6 Une duble apprche Briques indépendantes «légères» evtl. limitées en perfrmance Applicatins intégrées haute perfrmance gestin fine ptimisatin nuveaux cncepts Latest release (12/11): FlwVR 1.8
7 Latest release (12/11): FlwVR 1.8
8 Mdèle de prgrammatin FlwVR - Mdèle de prgrammatin et Principes Prgrammatin rientée flt de dnnées Mdèle de cmpsants hiérarchiques Dépliement d'applicatins sur des architectures type grappes de PC, grilles etc... Cnçu pur le calcul parallèle et distribué haute perfrmance FlwVR: Principe FvNan 7
9 FlwVR - Runtime Daemn based Mdules: external prcesses Filters: daemn plugins Mdule/filters/daemn: direct acces t shared memry under the daemn rchestratin
10 Cmpsants FvNan Cmpsants FvNan Mteur de simulatin Visualisatin Interactin Applicatin gestin des frces intégratin des interactins FlwVR Cmpsite Visualisatin Simulatin (dynamique mléculaire, physique,...) Cuplage direct Cmpsite Applicatin FVmduleAPI Cmpsite Interactin FvRender OpenGL FlwVR-VRPN FvNan 9
11 Cmpsants FvNan Cmpsants FvNan Mteur de simulatin Visualisatin Interactin Applicatin gestin des frces intégratin des interactins Cuplage direct FVmduleAPI Grmacs Cmpsite Applicatin OpenGL Cmpsite Interactin FlwVR-VRPN 9 FvNan cuplage avec FlwVR Lgiciels spécifiques FVNan : Cmpsite Visualisatin versin parallèle intégrée en tant que mdule FlwVR tests sur des mdèles de plus de atmes NAMD FvRender FvNan Dynamique mléculaire Simulatin (dynamique mléculaire, physique,...) FlwVR de simulatin MteursMteurs de simulatin BiSpring MnPte en curs de validatin 10
12 Cmpsants FvNan Cmpsants FvNan Mteur de simulatin Visualisatin Interactin Applicatin gestin des frces intégratin des interactins Cuplage direct FVmduleAPI Grmacs Cmpsite Applicatin OpenGL Cmpsite Interactin FlwVR-VRPN 9 FvNan cuplage avec FlwVR Lgiciels spécifiques FVNan : Cmpsite Visualisatin versin parallèle intégrée en tant que mdule FlwVR tests sur des mdèles de plus de atmes NAMD FvRender FvNan Dynamique mléculaire Simulatin (dynamique mléculaire, physique,...) FlwVR de simulatin MteursMteurs de simulatin BiSpring MnPte en curs de validatin 10
13 Cmpsants FvNan Cmpsants FvNan Mteur de simulatin Visualisatin Interactin Applicatin gestin des frces intégratin des interactins Cuplage direct FVmduleAPI Grmacs Cmpsite Applicatin OpenGL Cmpsite Interactin FlwVR-VRPN 9 FvNan cuplage avec FlwVR Lgiciels spécifiques FVNan : Cmpsite Visualisatin versin parallèle intégrée en tant que mdule FlwVR tests sur des mdèles de plus de atmes NAMD FvRender FvNan Dynamique mléculaire Simulatin (dynamique mléculaire, physique,...) FlwVR de simulatin MteursMteurs de simulatin BiSpring MnPte en curs de validatin 10
14 Cuplage généralisé Cuplage FlwVR FvMduleAPI cmpatible C/C++, Frtran transfrme simplement un cde en mdule FlwVR Tests: Grmacs, VMD, Amber (en curs) Bridge-Cmpnent sckets FlwVR Applicatin Prt FlwVR Mdule FlwVR Scket Serveur Scket Client Lgiciel fichiers Lecture Scket mémire partagée Extérieur
15 Cmpsants de Visualisatin Visualisatin Prttype OpenGL navigatin, interactin Prttype VTK évaluatin sprite, shaders FlwVR-Render rendus VdW, 'Ball And Stick' et Licrice 100% GPU FvNan 11
16 La visualisatin scientifique interactive et FlwVR FlwVR-VRPN FVMduleAPI Cuplage ad hc (VMD, BiSpring) Périphérique Physique Serveur VRPN VRPN2FlwVR Cmpsite Prts de srtie d'événements Applicatin Distribuée FlwVR Prts d'entrée de returs VRPN2FlwVR Cmpsite Un mdèle de cmpsants pur la visualisatin scientifique interactive Offrir un mdèle de cmpsants et de cmpsitin pur gérer La cnstructin autmatique d'une applicatin perfrmante (frame rate, it/s) La chérence des dnnées manipulées La chérence stricte (égalité des numérs des itératins) Une chérence suple (un delta entre les numérs des itératins) Mdèle de cmpsants (1/2) Un cmpsant Mdèle de cmpsants (2/2) Des cnnecteurs
17 Mdèle de cmpsitin (1/3) Mdèle de cmpsitin (2/3) Un graphe de spécificatin Des cntraintes de chérence Mdèle de cmpsitin (3/3) Un graphe d'applicatin cnstruit autmatiquement LIFO : Cnclusin FlwVR-VRPN et FVMduleAPI dispnibles dans les releases de flwvr-suite Un mdèle de cmpsants spécialement dédié aux applicatins visées par FvNan Implémenté avec l'intergiciel FlwVR Démnstrateurs fvtrajviewer et fvnan Gestin des interactins (Réseau FlwVR, Interfaces graphiques, menu OpenGL, Gestin des périphériques) Shaders en OpenGL
18 Cmpsants pur l Interactin Basée sur VRPN FlwVR-VRPN Périphérique Physique Serveur VRPN Interactin VRPN2FlwVR Cmpsite Prts de srtie d'événements Applicatin Distribuée FlwVR Prts d'entrée de returs VRPN2FlwVR Cmpsite tracker (VRPN) ksimulatin -kfeedback sélectin Fnctinnalités Périphériques Explratin de dnnées Jypad Rendu haptique Bras haptique Injectin de frces Wiimte - Navigatin - SpaceBall FvNan 13 - SpaceNavigatr
19 Dépliements CEA Bruyères LBT/CNRS Paris MOAIS/Inria Grenble LIFO Orléans
20 Applicatins Visualisatin HyperBalls Simulatins interactives Systèmes bilgiques Guider, snder, défrmer,.. Explratin Trajectires de DM Jeux de dnnées matériaux Lgiciel B i S p r i n g (OpenMP, OpenCL..) Fixatin d'ins Dcking interactif (Re)Cnstructin J Cmput Chem 2009 PSB 2010 CAPRI 2009 NAR 2010
21 What are Interactive Simulatins gd fr? hyptheses generatin structural and mechanic aspects explre rare events large cnfrmatinal changes cnstructin f mlecular systems disseminatin & cmmunicatin an additinal tl able t use human expertise sme simulatins are fast.. just try them befre wasting lts f cmputatinal pwer
22 Visualisatin: HyperBalls "shrink factr" spheres Tut-en-un hyperblids radii
23 Chavent et al, J Cmput Chem, 2011
24 Atuts Liaisns dynamiques......et asymétriques Perfrmance Chavent et al, J Cmput Chem,
25 Trajectry Viewer navigate within trajectry data cntrl synchrnizatin and speed prvide cntinuus data stream add visual analytics ptins dynamic change f clr/representatin
26 Interface métier matériaux Plugin Graphite (nuveau) Paraview (ancien)
27 Interface métier matériaux Perfrmance Qualité visuelle Occlusin ambiante
28 Réalisatins FvNan : réalisatins Un prttype du labratire virtuel Expérimentatins avancées Une dizaine de mdules hétérgènes (dnt Grmacs) Un réseau de cmmunicatin et de synchrnisatin cmplexe Chérence temprelle, chérence des dnnées Rendus 100% sur carte graphique shaders pur rendu Ball and Stick, VdW et Licrice Utilisatin de FlwVR-Render => multi-écran FvNan Publicatins une dizaine de simulatins mdèle allant jusqu'à atmes divers architectures (Mac, PC, grappe de PC, machine multicœur) Diverses mdalités d'interactin testées Quelques publicatins Jean-Denis Lesage and Brun Raffin. A Hierarchical Cmpnent Mdel fr Large Parallel Interactive Applicatins. Jurnal f SuperCmputed Jean-Denis Lesage and Brun Raffin. High Perfrmance Interactive Cmputing with FlwVR. IEEE VR 2008 SEARIS wrkshp 2008, pages 3-16, Ren, USA. N. Férey, O. Delalande, G. Grasseau and M. Baaden. A VR framewrk fr interacting with mlecular simulatins. 2008, in Prceedings f the 2008 ACM sympsium n Virtual reality sftware and technlgy, edited by E. Kruiff, pp , ACM, Brdeaux, France. N. Férey, O. Delalande, G. Grasseau and M. Baaden. Frm Interactive t Immersive Mlecular Dynamics. 2008, in Prceedings f the Internatinal Wrkshp n Virtual Reality and Physical Simulatin (VRIPHYS'08),edited by F. Faure and M. Teschner, pp , Eurgraphics, Grenble, France. O. Delalande, N. Férey, G. Grasseau and M. Baaden. Cmplex Mlecular Assemblies at hand via Interactive Simulatins. 2009, J. Cmput. Chem., in press. O. Delalande, N. Férey, B. Laurent, M. Guérult, B. Hartmann and M. Baaden. Multi-reslutin and multi-physics apprach fr interactively lcating funtinally linked in binding sites by steering small mlecules int electrstatic ptential maps using a haptic device. Submitted t Pacific Sympsium fr Bicmputing Sébastien Limet and Sphie Rbert. FlwVR-VRPN: first experiments f a VRPN/FlwVR cupling. In Prceedings f the ACM Sympsium n Virtual Reality Sftware and Technlgy, VRST 2008, Steven Feiner and Daniel Thalmann and Pascal Guittn and Bernd Fröhlich and Ernst Kruijff and Martin Hachet ed., pp (pster), 2008 S. Limet, S. Rbert et A. Turki, FlwVR-SciViz : A Cmpnent-Based Framewrk fr Interactive Scientific Visualizatin, in Cmpnent-Based High Perfrmance Cmputing (CBHPC09), Prtland, OR, USA, ACM, Nvember, 2009 Intégratin plus aisée de cmpsants utils de vérificatin de chérence de la cmpsitin Extensin et ptimisatin des cmpsants 16 grs vlumes de dnnées, grs vlumes de calculs élargir le dmaine des simulatins (physique des matériaux...) Enrichir le mdèle de cmpsitin FlwVR Nmbreux tests Tests sur architectures de grandes tailles (cluster 1000 cœurs) mise en place de shw-rms Réalisatin des applicatins grand défi FvNan: travaux futurs FvNan simulatin rendu graphique interactin FvNan Site web Cnférences et wrkshps - Grupe de Graphisme et Mdélisatin Mléculaire 2011 (120 participants) - Wrkshp Internatinal à l'institut Pasteur en Uruguay - Préparatin d'une "Faraday Discussin" 17
29 Quelques défis pur demain Cllabratin D Partn, T Reddy, MSP Sansm; Université d Oxfrd besins en stckage et partage traitement de grandes quantités de dnnées visualisatin et analyse
30 Quelques défis pur demain Cllabratin D Partn, T Reddy, MSP Sansm; Université d Oxfrd besins en stckage et partage traitement de grandes quantités de dnnées visualisatin et analyse ANR MN 2011
31 Matthieu Chavent * Niclas Férey * Olivier Delalande (ex-pstdctral fellws) Marc Piuzzi (pst-dc) * Alex Tek * Benist Laurent * Zhihan Lu (PhD students) Merci! Réseau FvNan CEA Bruyères JP Nminé M Chavent LIFO, Orléans S Rbert A Turki S Limet E Melin MOAIS Grenble A Vanel B Raffin INRIA, Nancy B Lévy D Ritchie INTS, Paris B Hartmann LBT C Prévst S Sacquin-Mra M Guérult Univ. Oxfrd MSP Sansm Univ. Stuttgart T Ertl
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