Résumé du projet ExaViz en français
Pour répondre aux défis posés en sciences de la vie comme en sciences des matériaux, il est nécessaire d’étudier la matière à l'échelle nanoscopique, en particulier en complétant les résultats expérimentaux par des études théoriques mettant en jeu les simulations moléculaires haute performance. Les capacités exponentiellement croissantes de ces outils et des infrastructures sur lesquelles elles s’appuient atteignent une échelle qualifiée d’ « exascale », autant en terme de puissance de calcul brute que de masse de données produites.
En sciences de la vie, les simulations de dynamique moléculaire sont au cœur de l'étude des complexes moléculaires, et cette nouvelle échelle impose de résoudre de nouveaux défis dans les domaines de la visualisation et de l’analyse, pour traiter l’avalanche de données produites. En effet, si la taille des systèmes étudiés à l’aide de ces simulations a augmenté de façon exponentielle, les recherches concernant le post-traitement, l'analyse, la visualisation, et l'exploration des données générées sont restées en retrait. Cette nouvelle situation exige la conception de nouveaux outils logiciels pour mener à bien les tâches nécessaires à l’interprétation de ces masses de données et répondre aux problématiques majeures que les progrès techniques ont rendues accessible.
En sciences des matériaux, la spectroscopie RMN à l’état solide, combinée avec l’utilisation de simulations numériques spécifiques, est aujourd’hui en position de jouer un rôle majeur pour appréhender de l’architecture des matériaux à l’échelle moléculaire, et inspirer la conception de nouveaux matériaux avancés. Pour franchir ce pas déterminant, il est nécessaire de concevoir des interfaces dédiées à la visualisation et à l’analyse croisée (Visual Analytics) des structures moléculaires (potentiellement périodiques) et des spectres RMN, afin de construire les ponts qui font actuellement défaut entre résultats d’expériences, modèles numériques et informations structurales.
Le projet ExaViz vise à développer ces outils logiciels dédiés à la visualisation interactive et l’analyse conjointe de résultats expérimentaux et de données de simulation. Ces outils seront conçus dans le but de faire face aux données massives et complexes produites par les simulations numériques, avec la difficulté supplémentaire de construire une application capable d’intégrer une grande variété de codes hétérogènes.
En concevant et en intégrant des approches à l’interface entre Réalité Virtuelle, Visualisation Scientifique et la Simulation Parallèle, les méthodes utilisées cibleront deux grands défis applicatifs: modélisation d'un virion de la grippe entier et analyses de simulations du récepteur GLIC récemment publiées dans les revues Nature et PNAS.
Nous proposons une approche interdisciplinaire pour traiter ces questions à travers la conception d’un environnement évolutif basé sur la programmation par composant, dédié à la visualisation scientifique et l'analyse visuelle (Visual Analytics), et s’appuyant sur des moyens nouveaux et efficaces pour la construction et le déploiement d’applications sur architecture parallèle. Cet environnement logiciel, dédié aux expérimentateurs autant qu’aux théoriciens, permettra une analyse visuelle interactive des phénomènes qui encouragera la coopération et les échanges entre chimistes, physiciens et biologistes. L’attractivité et l’accessibilité de cette analyse visuelle, d’abord conçue pour une exécution sur un simple PC de bureau, sera renforcée par une portabilité sur l’ensemble des outils d’immersion les plus récents : web, appareils mobiles et dispositifs de Réalité Virtuelle.
Deux experts internationaux sont impliqués en tant que collaborateurs externes dans le projet: Professeur MSP Sansom de l' Université d'Oxford (simulations à l'échelle exascale de capsides virales) et le Professeur T. Ertl de l'Université de Stuttgart (visual analytics).
