RO | EN

Prezentul proiect a permis realizarea unei platforme de calcul de tip cluster/grid, in acord cu obiectivele propuse. Aceasta reprezinta la ora actuala cel mai mare nod de calcul IBM din tara.
Putem efectua calcule de modelare moleculara asupra oricaror sisteme chimice si biochimice continand cateva mii de atomi, dar si asupra unor materiale complexe in vederea determinarii diferitelor proprietati/caracteristici ale acestora.
Modelarea presupune calcularea unor proprietati/specii ce nu pot fi usor determinate experimental. In plus simularea in silico a unor proprietati are rolul de a prezice comportarea sistemelor studiate in vivo.
Acesta metoda de cercetare este una foarte avantajoaza, pe de o parte datorita costurilor scazute ale cercetarilor (daca tinem seama comparativ , de costul chimicalelor) iar pe de alta parte metoda este una foarte ecologica, necontaminand in nici un fel mediul inconjurator si contribuind indirect la reducerea poluarii in laborator, prin intelegerea rutelor  optime de sinteza.
Prima etapa a proiectului (2007) a avut ca obiectiv incadrarea procedurii de achizitie tinand cont de valoarea echipamentelor si intocmirea documentatiei de licitatie. Acesta etapa s-a realizat printr-o colaborare stransa intre echipele celor doua institutii partenere (Universitatea Babes-Bolyai si Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca), implicandu-se in egala masura toti membrii echipelor de cercetare. S-au intocmit fisele tehnice pentru echipamente (asa cum rezulta din Raportul tehnic si stiintific prezentat la etapa respectiva). Aceste fise au fost analizate impreuna cu  colegii de la serviciile de contabilitate si cele de aprovizionare a celor doua institutii in vederea intocmirii corecte si in conformitate cu legea a caietului de sarcini privind achizitionarea echipamentelor.
Etapa II din 2008 s-a axat pe activitati legate de amenajarea spatiului si achizitia echipamentelor. Actiunile au fost demarate inca de la inceputul anului 2008, astfel incat s-a putut respecta termenul de finalizare a acestei etape.
In urma licitatiei efectuate  s-au achizitionat echipamente IBM pentru realizarea "Centrului de Modelare Moleculara si Chimie Cuantică Computationala" - Solutie Completa Nod de Calcul. Activitatile corespunzatoare obiectivelor propuse pentru acesta etapa au urmat doua directii:

1- Demararea licitatiei, analiza ofertelor, alegerea ofertei, incheierea contractelor de achizitie, livrarea si receptia echipamentelor precum si punerea lor in functiune. Au fost verificati parametri tehnici si de performanta a echipamentelor achizitionate. Procedurile de achizitie s-au efectuat conform normelor legale in vigoare: OUG nr. 34/2006 aprobata cu modificari prin Legea nr 337/2006. Procedurile de achizitie s-au bazat pe organizarea unei licitatii deschise cu publicare in SEAP, iar criteriul de atribuire al contractului s-a bazat conform normelor legale in vigoare pe varianta „exclusiv pretul cel mai scazut”. Deschiderea ofertelor a fost facuta de catre Comisia de evaluare a ofertelor numita prin Decizia Rectorului Universitatii „Babes-Bolyai”. Evaluarea ofertelor de către Comisia de evaluare a dus la atribuirea contractului de achizitii, după care s-a trecut la înştiintarea participantilor (doua firme)  asupra rezultatului licitatiei. Nu au fost depuse contestatii.

2- Amenajarea spatiilor necesare, in acord cu cerintele impuse de functionarea in conditii optime a fiecarui echipament.

Nodul de calcul realizat este compus din: 70 de servere blade IBM cu procesoare Xeon, fiecare server avand cate doua procesoare Quadcore, 8 GB memorie si 2x146 GB HDD 10K. Serverele sunt dispuse in 5 sasiuri de tip IBM H Chassis. Aceste sasiuri sunt asamblate in doua turnuri (rack) care mai contin pe langa serverele blade  un sistem de stocare si un server de comunicatie. Sistemul de stocare are o capacitate de 2.1TB. Serverul de comunicatie are rolul de a gestiona conexiunile utilizatorilor si de  distribuire a a procesoarelor si timpului de calcul. Unul din turnuri este prevazut cu o consola de lucru necesara pentru controlul direct al echipamentului. Fiecare turn ( dimensiuni de 2mx1.2mx0.8m) este prevazut cu cate 2 surse UPS de 6000 de W respectiv 3000 de W care asigura functionarea echipamentului in timp de avarie sau/si oprirea acestuia in conditii de siguranta. Comunicarea intre cele doua turnuri se realizeaza pe cablu UTP la 1MBPS, iar comunicarea intre echipamentele aflate in  cele doua institutii partenere se realizeaza prin fibra optica. De asemenea s-a extins reteaua de fibra optica in cadrul Facultatii de Chimie din Universitatea Babes-Bolyai pana la locatia Nodului de calcul. Acest lucru permite o mai buna comunicare a datelor.

In Figura 1 este prezentata schema de ansamblu a Nodului de Calcul (a) si  aranjamentul fizic al acestuia (b).

Figura 1. Structura Nodului de Calcul: schema de ansamblu (a); configuratia fizica (b)

Pe langa nodul propriu zis au fost achizitionate si echipamente care sa permita conectarea de la distanta a utilizatorilor la acesta platforma de calcul.
Astfel s-au achizitionat 2 statii care sa permita administrarea si controlul echipamentelor de la distanta dar si statii de lucru si echipamente care sa permita conectarea optima a utilizatorilor nodul de calcul. Au fost amenajate puncte de conectare (10) atat la Universitatea Babes-Bolyai cat si la Universitatea Tehnica. Punctele de conectare de la UBB si nodul de conectare de la UTC-N au fost echipate conform activitatilor specifice.

Pentru amenajarea corespunzatoare a spatiilor de functionare a fost necesara refacerea completa a retelei electrice si a infrastructurii informatice in spatiul alocat platformei de calcul. Pe langa acestea a fost efectuate reparatii si modificari capitale in spatiul de functionare al nodului de calcul. A trebuit modificata instalatia de apa in asa fel incat sa nu treaca prin acest spatiu deoarece exista riscul unor inundatii sau a cresterii umiditatii in spatiul de functionare a echipamentelor. Un element important de urmarit in aceasta etapa a fost asigurarea temperaturii si umiditatii optime pentru functionarea calculatoarelor. Pe baza recomandarilor specialistilor, s-a achizionatat sistemul corespunzator  de control al climei, astfel incat  in prezent echipamentele functioneaza in conditii optime conform specificatiilor tehnice.
In concluzie, se poate afirma  ca obiectivele propuse pentru etapa II a proiectului au fost indeplinite.
Etapa III (2009) a implicat  configurarea echipamentelor achizitionate realizandu-se clusterul tip grid.
Pentru acesta s-a instalat sistemul de operare Linux (Red Hat 5.3) dar si s-a configurat  structura de cluster grid. Dupa Wolfgang Gentzsch grid-ul „reprezintă o infrastructură software/hardware/instrumente care furnizează acces nelimitat, dependent, consistent şi omniprezent la resurse de tip computaţional şi date”. De fapt, grid-ul poate fi văzut ca cea mai recentă şi completă evoluţie a procesării distribuite. Acesta configurare permite optimizarea proceselor de calcul. Permite de asemenea executarea de task‐uri pe mai multe masini, privite ca un calculator unic. Partajarea flexibila, sigura si coordonata a resurselor intre colective dinamice de indivizi, institutii si resurse.
Sistemul de administrare realizat permite monitorizarea activitatii utilizatorilor si gestionarea gradului de utilizare a resurselor. Vizualizarea acestor functii se realizeaza cu ajutorul programului Ganglia. Acest sistem este special conceput pentru platformele care functioneaza ca si "cluster" sau "grid". Monitorizarea incarcarii clusterului se poate realiza in timp real. Sistemul Ganglia permite monitorizarea gradului de utilizare a unitatilor de calcul din cluster a gradului de incarcare a procesoarelor CPU, respectiv a memoriei, etc.

O alta caracteristica a programului Ganglia o reprezinta posibilitatea de verificare si administrate a fiecarei unitati de calcul in parte. Se poate astfel verifica gradul de incarcare a fiecarui procesor dar si pachetele descarcate pe unitatea respectiva.

Configurarea actuala a platformei de calcul permite utilizatorilor verificarea permanenta a resurselor disponibile si o distribuire rapida a job-urilor pe procesoare. Un sistem automat de distribuire a job-urilor este in testare. In acesta varianta utilizatorii acceseaza doar serverul de comunicatii, unde trimit cererea de lansare a aplicatiei. Acesta distribuie automat job-ul pe procesoarele libere, se executa si trimite rezultatele pe serverul de stocare de unde utilizatorul isi acceseaza datele din directorul propriu. Este posibila de asemenea, verificarea permanenta a evolutiei aplicatiei pe tot parcursul derularii ei.
         Programele de calcul specifice instalate in prezent pe platforma de calcul sunt Gamess(USA), NWchem, Mopac, ORCA, NBO, etc. Sunt in curs de instalare si testare  Gaussian 09 si ADF.
         Cu ajutorul programelor amintite au fost efectuate studii (teste) asupra unor sisteme chimice.
         Au fost investigate de exemplu interactiunile metanol-benzen, precum si proprietatile electronice si structurale ale acestor sisteme. Pentru obtinerea structurii initiale a sistemelor studiate s-a utilizat programul SCC-dftb+ (1.0.1).Pentru descrierea suprafetei de potential si determinarea minimelor  locale s-au utilizat functionalele MPWB1K si M06-2X utilizandu-se setul de baza 6-31+G**. Diferentele energetice obtinute pentru acelasi sistem dar utilizand diferite niveluri teoretice au fost comparate si discutate. S-a constatat ca functionalele M06-2X dau rezultate similare  cu metoda perturbationala MP2(fc). Investigatiile efectuate au dus la concluzia  ca structura preferata (avand interactiuni H-∏ intre protonul din gruparea OH metilenica si sistemul electronic ∏ al benzenului) este determinata nu atat de minimul energiei totale ci de minimul in energia libera, efectele entropice fiind extrem de importante. Rezultatele obtinute sunt in in continuare in analiza. Astfel de interactiuni au fost puse in evidenta si in cazul sistemului benzen cu 3-metanol.

Resursele disponibile au fost utilizate si pentru efectuarea unor calcule de modelare moleculara care fac obiectul unui alt program capacitati Modul III 32/01.06.08,- Studiul conformatiilor controlate cinetic ale moleculelor-gazda sensibile si selective cu aplicatii in farmacie si chimie alimentara.
S-au analizat calixarenele ca molecule gazda in transportul de ioni si molecule mici si presupune calcule de optimizare de geometrie, analiza conformationala si vibrationala, analiza NBO, etc. Marimea moleculelor implicate (calix[4]arena nefunctionalizata cu formula C28H24O4 are 56 de atomi) limiteaza considerabil alegerile metodei si seturilor de baza folosite, presupunand un timp de calcul foarte mare. De aceea, folosirea unor resurse computationale mari este importanta. In cadrul proiectului, intr-un prim pas au fost optimizate geometriile a mai multor calix[4], [5], [6] si [8] arene functionalizate atat la upper cat si la lower rim cu diferiti subtituenti, pentru a se evalua efectul pe care acestia il au asupra marimii cavitatii si flexibilitatii ei. Intr-o a doua etapa, un derivat indolic a fost inserata in cosul calixarenic. S-au efectuat calcule de optimizare de geometrie, analiza vibrationala si NBO, solvatare si s-a determinat energia de interactie in cadrul complexului host-guest.

Soft-ul specializat utilizat a fost Gaussian 98, iar rularea pe Platforma de Calcul a permis reducerea considerabila a timpului de lucru,  prin folosirea in paralel a mai multor procesoare quadcore. Pentru exemplificare, in figura 7 se compara doua calcule de optimizare de geometrie in cazul sistemelor studiate, rulate pe PC mol1 aflat in dotarea Laboratorului de Modelare Moleculara si respectiv pe platforma de calcul.

In concluzie, proiectul „Centru de Modelare Moleculara si Chimie Cuantica Computationala” s-a  materializat intr-o platforma de calcul performanta, de tip grid cluster care permite utilizatorilor accesul la cea mai moderna tehnica de calcul. Sistemele de operare sunt sigure si usor de utilizat. Pot beneficia de acest laborator de modelare toti cei interesati, cercetatori din domeniul chimiei, biochimiei, fizicii, matematicii, stiinta si ingineria materialelor, etc.

In plus cu ajutorul acestei platforme, putem participa alaturi de colegi din alte institutii cu preocupari similare sau complementarea la realizarea unor programe complexe cu impact asupra dezvoltarii societatii. Colective de cerectare din USA, China si Franta s-au aratat interesate de colaborari cu noi in programe internationale.

 

 

Indicatori de performanță

 

Nr. Crt.	Denumirea Indicatorilor	Numar/Mii Ron
		Planificat	Realizat
1	Investiții noi în infrastructura CDI
2	Gradul mediu de utilizare a echipamentelor CDI	100%	100%
3	Număr de entități susținute pentru creșterea capacității de ofertare a serviciilor de experiment
4	Număr de conferințe organizate	1	1
5	Ponderea cercetătorilor care au acces la resursele de informare on-line	100%	100%
6	Număr de proiecte de pregătire a unor participări la programe internaționale	1	1
7	Număr de participări în proiecte internaționale	1	2
8	Valoarea apelurilor tematice comune lansate (Euro)