Centro para avanzar en la investigación de simulación predictiva establecido en MIT Schwarzman College of Computing

El MIT se encuentra entre las nueve universidades seleccionadas como parte de un programa patrocinado por el DoE para respaldar el modelado y la simulación basados ​​en la ciencia y las tecnologías de computación a exaescala.CESMIX se centrará en la simulación a exaescala de materiales en entornos de flujo hipersónico. También impulsará el desarrollo de nuevos paradigmas de simulación predictiva y herramientas informáticas para la exaescala. En la foto se muestra una ilustración de un vehículo hipersónico, donde los materiales necesarios para la protección térmica están sujetos a cargas extremas.
Terri Park | MIT Schwarzman College of Computing
Créditos: Foto: Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU.

Comprender la degradación de los materiales en entornos extremos es un problema científico con importantes aplicaciones tecnológicas, que van desde los vuelos espaciales hasta la seguridad industrial y nuclear. Sin embargo, presenta un desafío intrínseco: los investigadores no pueden reproducir fácilmente estos entornos en el laboratorio ni observar los procesos de degradación esenciales en tiempo real. En consecuencia, el modelado y la simulación computacionales se han convertido en herramientas indispensables para ayudar a predecir el comportamiento de materiales complejos en una variedad de condiciones extenuantes.

En el MIT, un nuevo esfuerzo de investigación tiene como objetivo avanzar en el estado del arte en simulación predictiva, así como dar forma a nuevos programas de educación de posgrado interdisciplinarios en la intersección de la ciencia computacional y la informática.

Fortalecimiento del compromiso con las ciencias

El Centro de simulación a exaescala de materiales en entornos extremos (CESMIX), con sede en el Centro de Ciencias e Ingeniería Computacional (CCSE) dentro del MIT Stephen A. Schwarzman College of Computing, reunirá a investigadores en algoritmos numéricos y computación científica, química cuántica. , ciencia de materiales e informática para conectar simulaciones cuánticas y moleculares de materiales con lenguajes de programación avanzados, tecnologías de compilación y herramientas de ingeniería de rendimiento de software, respaldadas por enfoques rigurosos de inferencia estadística y cuantificación de incertidumbre.

“Uno de los objetivos de CESMIX es construir un vínculo sustantivo entre la ciencia de la computación y la ciencia e ingeniería computacionales, algo que históricamente ha sido difícil de hacer, pero es muy necesario”, dice Daniel Huttenlocher, decano del MIT Schwarzman College of Computing. “El centro también brindará oportunidades para que los profesores, investigadores y estudiantes de todo el MIT interactúen intelectualmente y creen una nueva síntesis de diferentes disciplinas, que es fundamental para la misión de la universidad”.

Liderando el proyecto como investigador principal está Youssef Marzouk, profesor de aeronáutica y astronáutica y codirector de CCSE, que pasó a llamarse Centro de Ingeniería Computacional en enero para reflejar su compromiso cada vez más fuerte con las ciencias en el MIT. Marzouk, quien también es miembro del Centro de Estadística y Ciencia de Datos, señala que “CESMIX está tratando de hacer dos cosas simultáneamente. Por un lado, queremos resolver un problema de simulación multiescala increíblemente desafiante, aprovechando modelos de mecánica cuántica de materiales complejos para lograr una precisión sin precedentes a escala de ingeniería. Por otro lado, queremos crear herramientas que hagan que el desarrollo y la ingeniería de rendimiento integral de la pila de software asociada sea lo más fácil posible, para lograr el máximo rendimiento en la próxima generación de hardware computacional de exaescala «.

El proyecto involucra la participación de una cohorte interdisciplinaria de ocho miembros de la facultad, que sirven como co-IP, y científicos de investigación que abarcan múltiples laboratorios y departamentos en el MIT. La lista completa de participantes incluye:

  • Youssef Marzouk, PI, profesor de aeronáutica y astronáutica y codirector de CCSE;
  • Saman Amarasinghe, co-PI, profesor de informática e ingeniería;
  • Alan Edelman, co-PI, profesor de matemáticas aplicadas;
  • Nicolas Hadjiconstantinou, co-PI, profesor de ingeniería mecánica y codirector de CCSE;
  • Asegun Henry, co-PI, profesor asociado de ingeniería mecánica;
  • Heather Kulik, co-PI, profesora asociada de ingeniería química;
  • Charles Leiserson, co-PI, Profesor Edwin Sibley Webster de Ingeniería Eléctrica;
  • Jaime Peraire, co-PI, profesor de Aeronáutica y Astronáutica de HN Slater;
  • Cuong Nguyen, científico investigador principal de aeronáutica y astronáutica;
  • Tao B. Schardl, científico investigador del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial; y
  • Mehdi Pishahang, científico investigador de ingeniería mecánica.

El MIT estuvo entre un total de nueve universidades seleccionadas como parte del Programa de Alianza Académica de Ciencias Predictivas (PSAAP) III para formar un nuevo centro que apoye el modelado y simulación basados ​​en la ciencia y las tecnologías de computación a exaescala. Esta es la tercera vez que los centros PSAAP han sido premiados por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (DoE / NNSA) del Departamento de Energía de EE. UU. Desde que se lanzó el programa en 2008 y es la primera vez que el Instituto ha sido seleccionado. El MIT es una de las dos instituciones a nivel nacional elegidas para establecer un Centro de Disciplina Única en esta ronda y recibirá hasta $ 9.5 millones en financiamiento a través de un acuerdo cooperativo durante cinco años.

Avanzando en la simulación predictiva

CESMIX se centrará en la simulación a exaescala de materiales en entornos de flujo hipersónico. También impulsará el desarrollo de nuevos paradigmas de simulación predictiva y herramientas informáticas para la exaescala. Los investigadores apuntarán específicamente a predecir la degradación de materiales complejos (desordenados y multicomponentes) bajo cargas extremas inaccesibles a la observación experimental directa, una aplicación que representa un dominio tecnológico de intenso interés actual y que ejemplifica una clase importante de problemas científicos que involucran material. interfaces en entornos extremos.

“Un gran desafío aquí es poder predecir qué reacciones ocurrirán y qué nuevas moléculas se formarán bajo estas condiciones. Si bien el modelado mecánico cuántico nos permitirá predecir estos eventos, también debemos ser capaces de abordar los tiempos y las escalas de duración de estos procesos ”, dice Kulik, quien también es miembro de la facultad de CCSE. «Nuestros esfuerzos se centrarán en desarrollar el software necesario y las herramientas de aprendizaje automático que nos indiquen cuándo los modelos físicos más asequibles pueden abordar el desafío de la escala de longitud y cuándo necesitamos la mecánica cuántica para abordar el desafío de la precisión».

Los investigadores de CESMIX planean difundir sus resultados a través de múltiples proyectos de software de código abierto, involucrando a sus comunidades de desarrolladores y usuarios. El proyecto también apoyará el trabajo de postdoctorados, estudiantes graduados y científicos de investigación en el MIT con el objetivo general de crear nuevos paradigmas de práctica para la próxima generación de científicos computacionales.

«Reimpreso con permiso de MIT News»



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