Digitale muligheder og løsninger

Senest opdateret d. 12/4-2012
DHI
Resultatkontrakt 2013-2015 under temaerne Informations- og Kommunikationsteknologi og Klima og miljø
Ole René Sørensen
Innovationschef

Det centrale mål med de foreslåede aktiviteter er at forbedre tilgængeligheden af viden og teknologi udviklet af DHI. Den nye viden formidles til brugerne i form af softwareprodukter (MIKE by DHI produktfamilien og DHI Solution Software). Gennem dramatisk forbedret ydeevne, vil brugere være i stand til at udvide deres brug af teknologi til helt nye forretningsområder, og vil dermed forbedre deres konkurrenceevne på det globale marked. Teknologiudviklere vil gennem adgang til DHI software som komponenter - komplet med tilhørende SDK'er – være i stand til at integrere DHI viden og teknologi i deres egne produkter og løsninger.

Ny viden og serviceydelser
High Performance Computing Oversvømmelser i byer og tilpasning til klimaændringerne er to områder, hvor adgang til meget hurtigere numeriske modeller ville føre til betydelig bedre løsninger i form af bedre beskyttelse, lavere anlægsomkostninger og lavere forsikringspræmier. Derfor er det vigtigt at udvikle og re-designe numeriske modeller, så de kan udnytte de seneste fremskridt inden for High Performance Computing (HPC). Graphical processing Units (GPU’er) er i de seneste år blevet et reelt alternativ til de traditionelle CPU’er. GPU'er er karakteriseret ved stor beregningsmæssige kapacitet til meget lav pris. I de sidste år har der være en stigende interesse for brug af GPU'er inden for området scientific computing. Et fokusområde vil blive oversvømmelses-modellering i byer og kystområder, hvor brug af GPU teknologi vil gøre det muligt at benytte modeller med meget fin opløsning.
På mange områder er behandling og analyse af store datamængder blevet en flaskehals. Anvendelsen af HPC teknikker og metoder til håndtering af disse data vil muliggør en markant bedre udnyttelse af de massive datamængder, f.eks. remote sensing data og data fra numeriske modeller med meget høj opløsning. Datatilgængelighed
Mængder af data indsamlet af satellitter vokser hastigt i disse år. Dette omfatter data, der er af direkte nytte for ingeniører, der bruger numeriske modeller i udviklingen af omkostningseffektive løsninger. Hvis hver modellør skal finde data og omdanne dem til input til numeriske modeller, så vil en masse ressourcer spildes, og mange vil aldrig finde de bedste tilgængelige data. Derfor er det vigtigt, at software til numerisk modellering hjælper brugerne med opgaven at udvælge og konvertere relevante remote sensing data for det specifikke modelleringsjob. Ved at implementere en effektiv datasøgning og konverteringsrutiner i de numeriske modelleringsværktøjer, vil brugerne kunne spare tid og være sikker på at de altid gør brug af de mest relevante data for deres projekter. Et sådan "data aware" modelleringssoftware er en virkelig nyskabelse, som vil øge anvendeligheden af disse værktøjer - ikke mindst for små og mellemstore organisationer, hvor remote sensing ekspertise ikke findes i huset. Hardware og software tilgængelighed Adgang til computer ressourcer er i dag afgørende for større organisationer samt SMV’er, som søger at løse komplekse udfordringer og samtidig forblive konkurrencedygtige. Ikke alle virksomheder og organisationer har den computerkraft til rådighed der kræves for at udføre tunge simuleringer. I dag har mange Windows applikationer kerne business funktionalitet lokaliseret på brugerens computer. Eksempler på business funktionalitet er data forespørgsler, analyse og behandling. Nogle af disse opgaver kan også være både CPU og hukommelse intensive hvilket gør dem besværligt at udføre på intelligente enheder (smartphones og tablets) eller standard bærbare computere på grund af hardware begrænsninger. Løsningen er at udføre de regnekraft og hukommelse intensive simuleringer og opgaver eksternt på en server (cloud services) og interagere med applikationen gennem et mere letvægts-interface (tynde klienter). Disse innovative, cloud computing baserede services vil give SMV’er, som ikke har tilstrækkelig in-house computer ressourcer, mulighed for at udnytte sådan hardware og optimeret software uden investeringer og uden besvær. Modelkomponent tilgængelighed DHI møder øget interesse fra virksomheder, med ideer til innovative tjenester og produkter, som har brug for adgang til stabile og bredt accepterede numeriske modeller (fx DHI’s standard software) som komponenter i deres løsninger. For at kunne give adgang til DHI komponenter på en større skala, skal komponenterne gøres mere fleksibel med veldefinerede og veldokumenterede softwaregrænseflader (API’er) og Software Development Kit (SDK'er). Hensigten er at skabe et marked for applikationer udviklet af andre vidensvirksomheder og systemintegratorer baseret på lettere adgang til DHI komponenter og tilhørende API'er og SDK'er.
Centrale aktiviteter
High Performance Computing
 Udvikling af en 2D oversvømmelsesmodel ved hjælp af GPU frame Work. Baseret på erfaringerne fra dette arbejde vil anvendelse af GPU'er blive udvidet til andre modeller og værktøjer.
 Parallelisering af den ikke-hydrostatiske strømningsmodel
Datatilgængelighed
 Udvikling af et frame Work for giver mulighed for søgning og udvælgelse af data direkte gennem de numeriske modelværktøjer.
Hardware og software tilgængelighed
 Et remote execution frame Work vil blive tilvejebragt, således at organisationer kan bruge en central server/cluster (in-house eller befinder sig "i skyen") til at udføre numeriske simuleringer.
 Udvikling af en applikation programming interfaces (API’er) for håndtering af parametre og data.
Modelkomponent tilgængelighed
 Udvikling af dokumenterede API'er og Software Development Kit (SDK'er), der giver tredjeparter mulighed for at integrere DHI komponenter i deres egne produkter og services.
Rationale for indsatsen
Det centrale mål med de foreslåede aktiviteter er at forbedre tilgængeligheden af viden og teknologi udviklet af DHI. Den nye viden formidles til brugerne i form af softwareprodukter (MIKE by DHI produktfamilien og DHI Solution Software). Gennem dramatisk forbedret ydeevne, vil brugere være i stand til at udvide deres brug af teknologi til helt nye forretningsområder, og vil dermed forbedre deres konkurrenceevne på det globale marked. Teknologiudviklere vil gennem adgang til DHI software som komponenter - komplet med tilhørende SDK'er – være i stand til at integrere DHI viden og teknologi i deres egne produkter og løsninger. Ved at udvikle SDK'er også for de nye platforme (smartphones, tablets osv.) er et helt nyt forretningsområde åbnet - et, der er særligt velegnet til små og mellemstore virksomheder med innovative ideer og et behov for et solidt back-end teknologier til støtte for deres ideer.
Mulige samarbejdspartnere
DTU Informatik, Center for Massive Data Algorithmics (MADALGO), Force Technology, Alexandra Instituttet, IT4Innovations Tjekkiet og NTU Singapore.

8 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

apek
Onsdag d. 23/5-12 kl. 22:29

Spændende og relevant projekt med fokus på at udnytte high-performance computing kommercielt. Der er et stort potentiale og behov for at (dansk) industri begynder at tage hul på "bylden" og medvirker til at få sat skub i brug af nye teknologier og udnytter muligheder der er opstået det seneste år for at lave high-performance computing på brugernes desktops eller via skræddersyede serviceydelser. Brugen af moderne multi- og many-core teknologier kan bidrage til et betydeligt kvalitetsløft af eksisterende serviceydelser samt skabe muligheder for nye innovative måder at gøre tingene på.

Sådanne erfaringer er der brug for og tidspunkt er relevant i kølvandet på en bemærkelsesværdig global udbredelse de seneste år af eksempelvis many-core Graphics Processing Units (GPUer). Disse har rent teknologiske allerede vist sig at åbne mange nye muligheder for at lave beregninger effektivt med billige teknologier og på nye måder. Dette projekt kunne være en oplagt mulighed for et samarbejde mellem DTU Informatik og DHI der vil kunne bidrage til at vi på DTU Informatik kan fortsætte med at opbygge og udbrede kendskab til korrekt og effektiv brug af nye teknologier via valg af matematiske algoritmer og udvikling af kraftfulde numeriske metoder.

Mvh

Allan P. Engsig-Karup
Lektor, Scientific Computing
DTU Informatik

Ole René Sørensen
Torsdag d. 24/5-12 kl. 09:40

Kære Allan

Tak, for dine kommentarer. DHI er helt enig i at det er meget vigtig at udnytte de muligheder som udviklingen inden for High Performance Computing åbnet op for. Der er et voksende behov for mere detaljerede og komplekse beregninger indenfor modellering af vandmiljøet. En effektiv udnyttelse af de nye teknologier kræver tilpasning og optimering af eksisterende programmer, men kræver i høj grad også udvikling af helt nye metoder og teknikker. Dette vil ikke kun forbedre performance af de eksisterende numeriske beregningersmodeller, men, som du påpeger, vil dette også skabe muligheder for nye innovative måder at gøre tingene på. DTU Informatik har opbygget en stor kompetence inden for High Performance Computing området. DHI ser frem til at samarbejde med DTU informatik på dette område.

Med venlig hilsen

Ole René Sørensen, DHI

osp_dhigroup.com
Torsdag d. 7/6-12 kl. 22:08

Indsendt af Jan Dietrich, Chief Hydraulic Engineer, NIRAS:
Vi ser en fremtid med rådgiverbranchen mere inkluderet i udviklingen af næste generationsmodelværktøjer. Vi tror, at de nuværende (”langsomme”) modeller med meget pædagogiske brugerflader langsomt ændres til software, der består af stærke mere eller mindre open source motorer, (under hurtig udvikling), der kan behandle store mængder af tal. Vi ser også en fremtid, hvor rådgiverne må ansætte ”modelnørder” til operere disse modeller.

Vi forestiller os et tæt samarbejde mellem ”rådgivernørder” og DHI om udviklingen af disse ”motorer”. DHI’s ansvar (forretning) bliver at indbygge fysikken i disse motorer yde rådgivning til rådgivernes ”nørder”, som kan gå helt ind i motoren og ændre i denne. Dvs. et ganske tæt samarbejde mellem DHI og rådgiverne, hvilket sikrer løbende opdatering og et DHI, der hele tiden er et skridt foran konkurrenterne. Det betyder også, at software bliver meget mere open source og billigere at (anskaffe) bruge. Det er til gengæld også relativt billigere(for DHI) at udvikle pga. mindre brugerflade og et tæt løbende samarbejde med rådgiveren og universiteterne, som skal ind i financieringen af udviklingen.

Jørgen Bo Nielsen
Lørdag d. 9/6-12 kl. 10:31

Kære Jan,

Det er en spændende tid og en tid med rigtig mange mulige udviklings-vejvalg, vi er inde i netop nu. Dit scenarie med ”modelnørder” ansat hos rådgiverne og ”støttepædagoger” hos DHI (og lignende organisationer) er interessant, og jeg tror vi vil se eksempler på dette i fremtiden. Jeg tror dog ikke at det bli’r ”hovedvejen” imod udviklingen af bedre software, og det vil jeg gerne begrunde:

I MIKE produkterne alene findes der over 100 forskellige motorer, som er koblet sammen til mindst 100 moduler i 10 hovedprodukter. Mange rådgivere bruger flere af disse produkter – for større rådgivere måske op imod halvdelen af modulerne og en tilsvarende mængde motorer. Det er svært at forestille sig, at selv større rådgivere skulle kunne ansætte ”modelnørder”, som skulle få tid til at sætte sig ind i – endsige udvikle på – mere end en brøkdel af disse motorer. For langt de fleste rådgivere tror jeg, at det også i fremtiden vil være vigtigt, at de kan få adgang til motorer (og brugerflader), som er udviklet og afprøvet af folk, som har dette som deres mission. Jeg tror også at rådgivernes kunder fortsat vil ønske at vide, at de anvendte motorer er grundigt afprøvede og bredt anvendte – og at man til hver en tid kan vende tilbage til den anvendte version og genskabe resultaterne. Alt dette er noget, som kun store (og rige) rådgivere vil kunne sikre, hvis de selv udvikler motorer.

Derimod tror jeg på mere frihed for rådgiverne på to andre områder, som måske også er mere interessante end detaljer i motorerne:

1) Frihed til at bygge egne detaljer (ligninger) ind i modellerne (motorerne) f.eks., som det sker i ECO Lab
2) Frihed til at bygge ovenpå modellerne til større, specialtilpassede løsninger

Flere af de foreslåede aktiviteter har netop til formål at skabe denne form for frihed.

Det er et emne, der kan være flere meninger om – og flere scenarier er mulige. Vi vil derfor gerne invitere alle danske rådgivere til en dialog om vejvalg for DHIs software udvikling. En første mulighed for at få gang i en sådan dialog er allerede d. 12.-13. juni på vores årlige MIKE brugerseminar, men vi vil sørge for at skabe yderligere muligheder i de kommende måneder.

SOP
Torsdag d. 14/6-12 kl. 09:49

Der er i dag ofte meget store mængder digitale data til rådighed til opbygning af hydrologiske/hydrauliske modeller. F.eks. digitale terræn modeller, detaljerede databaser for afløbssystemer, tidsserer af målte data osv. Resultatet er at de modeller der benyttes til analyse af forskellige problemstillinger er meget detajerede. Med den performance af modellerne vi ser i dag betyder det at det som regel er begrænset hvormange løsninger/scenarier der kan gennemregnes. Særligt indenfor klimatilpasningsopgaver, hvor der ofte kræves anvendelse af flere modeller for at kunne gennemregne mere hollistiske løsningsforslag, bliver modelperformance en afgørende faktor for, hvor mange og, hvor komplicerede løsningsforslag der kan gennemregnes. Bedre ydeevne, tilgængelighed og flexibilitet af de hydrologiske/hydrauliske modeller vil derfor betyde bedre muligheder for at gennemregne flere og mere kreative løsninger, hvor man kan kombinere tiltag i flere dele af vandkredsløbet i f.eks. byområder. Resultatet vil være bedre og billigere løsninger af f.eks. klimatilpasningsopgaver til gavn for den faglige udvikling (eksport muligheder) og for samfundet som helhed.

TFJ
Torsdag d. 14/6-12 kl. 09:56

DHI software er fundamentet for DK rådgivningsvirksomheders førende position internationalt i anvendelsen af numeriske hydrauliske modeller. Ikke kun i relation til oversvømmelsesmodellering. Den fortsatte udvikling og effektivisering heraf er forudsætningen for at positionen kan bevares.
Thorkild Feldthusen Jensen, Rambøll

Ole René Sørensen
Torsdag d. 14/6-12 kl. 15:54

Tak for din kommentar. Performance af beregningsmodellerne er en meget vigtig faktor både i relation til at foretage beregninger med meget fin opløsning og for at gøre det muligt at køre mange scenarier. Udviklingen inden for High Performance Computing og brug af parallel beregninger, har været meget markant de seneste år. En effektiv udnyttelse af de nye teknologier kræver tilpasning og optimering af eksisterende programmer og udvikling af helt nye løsningsalgoritmer og løsningsmetoder. Vi har allerede påbegyndt denne udvikling og dette har resulteret i en stor forbedring af regnehastigheden for nogle af vores mest beregningstunge modeller. Der er dog stadigvæk store
udviklingsmuligheder. Ikke mindst fordi udviklingen inden for High Performance Computing ser ud til at forsætte de kommende år.

Ole René Sørensen
Torsdag d. 14/6-12 kl. 16:02

Kære Torkild

Tak for din kommentar. Vi er helt enige i at det er vigtig at forsætte udviklingen og effektiviseringen af de numeriske modeller. Det er vigtigt at vi hele tiden arbejder på at forbedre modellerne både i relation til de numeriske løsningsmetoder og beskrivelse af de fysiske processer. En optimal udnyttelse den teknologiske udvikling inden for multicore computere er her meget vigtig.