El Programa de Modernización de la Computación de Alto Rendimiento (HPCMP, por sus siglas en inglés) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos se inició en 1992 en respuesta a la directiva del Congreso de modernizar las capacidades de computación de alto rendimiento de los laboratorios del Departamento de Defensa (DoD, por sus siglas en inglés). [ 1 ] El HPCMP proporciona supercomputadoras, una red nacional de investigación, herramientas de software de alta gama, un entorno seguro y expertos en ciencias computacionales [2] que, en conjunto, permiten que los laboratorios y centros de pruebas de Defensa realicen actividades de investigación, desarrollo, prueba y evaluación de tecnología. [3]
El programa fue administrado por la Oficina del Director de Investigación e Ingeniería de Defensa (ahora llamada el Secretario Adjunto de Defensa para Investigación e Ingeniería ) hasta el año fiscal 2011, momento en el que fue transferido a la oficina del Secretario Adjunto del Ejército de los Estados Unidos para Adquisiciones, Logística y Tecnología , donde es administrado por el Subsecretario Adjunto de Investigación y Tecnología. [4]
El programa consta de tres elementos principales: los Centros de recursos de supercomputación del Departamento de Defensa (DSRC), que proporcionan supercomputadoras a gran escala y personal de operaciones; la Red de investigación e ingeniería de defensa (DREN), una red nacional de investigación y desarrollo de alta velocidad y baja latencia que conecta los centros y las principales comunidades de usuarios; y una serie de iniciativas en aplicaciones de software para desarrollar, modernizar y mantener software para abordar los desafíos científicos y de ingeniería del Departamento de Defensa. El Dr. Kevin Newmeyer es actualmente el Director interino del HPCMP.
El HPCMP financia y supervisa el funcionamiento de cinco centros de supercomputación, denominados Centros de recursos de supercomputación del Departamento de Defensa (DoD Supercomputing Resource Centers, DSRC). Los centros son operados por el Centro de investigación y desarrollo de ingenieros en Vicksburg (Misisipi), el Laboratorio de investigación del ejército en Aberdeen (Maryland), el Comando de meteorología y oceanografía naval en el Centro espacial Stennis (Misisipi), el Laboratorio de investigación de la fuerza aérea en Dayton (Ohio) y el Centro de computación de alto rendimiento de Maui (Hawai). [5] El Centro de supercomputación de la región ártica (ARSC) en Fairbanks (Arizona) fue el sexto DSRC [6] hasta que se interrumpió su financiación en 2011. [7]
Cada centro alberga supercomputadoras de gran escala, redes de alta velocidad, sistemas de almacenamiento masivo de archivos de varios petabytes y expertos en computación. Los centros están administrados por el Director Adjunto de Centros del HPCMP, quien también financia actividades de todo el programa en materia de soporte al usuario (el Centro de Ayuda para HPC) y visualización científica (el Centro de Análisis y Evaluación de Datos, o DAAC).
La Red de Investigación e Ingeniería de Defensa (DREN), una red informática nacional de alta velocidad para la investigación, ingeniería y pruebas computacionales del Departamento de Defensa (DoD) de los EE. UU., es un componente importante del Programa de Modernización de Computación de Alto Rendimiento (HPCMP) del Departamento de Defensa.
DREN es la principal red de área amplia (WAN) del Departamento de Defensa para misiones de investigación, pruebas e ingeniería. DREN es una red informática nacional de alta velocidad, alta capacidad, baja latencia y baja fluctuación que brinda apoyo a las comunidades de computación de alto rendimiento, ciencia y tecnología, pruebas y evaluación e ingeniería de adquisición del Departamento de Defensa. DREN conecta a científicos e ingenieros con los sitios de computación de alto rendimiento (HPC) geográficamente dispersos del HPCMP, incluidos los cinco Centros de recursos de supercomputación (DSRC) del Departamento de Defensa. DREN está instalada en más de 210 sitios del Departamento de Defensa, incluidos laboratorios de investigación, centros de pruebas, universidades y ubicaciones industriales en todo Estados Unidos (incluidos Hawái y Alaska). [8]
La red DREN de cuarta generación (DREN 4) se proporciona en virtud de un contrato de servicios comerciales adjudicado a Verizon en 2021. [9] En el pasado, DREN se ha adjudicado a Lumen (DREN 3), Verizon (DREN 2) y AT&T (DREN 1). Los proveedores de servicios DREN suelen construir DREN como una superposición de red privada virtual en su infraestructura de red comercial. Las capacidades proporcionadas por DREN 4 incluyen velocidades de transferencia de datos digitales que van desde 1 Gbit/s hasta 100 Gbit/s. DREN 4 es una red IPv6, con soporte para IPv4 heredado. El HPCMP está actualmente en proceso de desarrollar DREN 4, que en última instancia reemplazará a DREN 3 cuando se pruebe por completo en 2022. Las dos redes funcionarán en paralelo durante aproximadamente un año mientras los 210 sitios pasan de DREN 3 a DREN 4.
En 2003, el Subsecretario de Defensa para Redes e Integración de Información designó a DREN como la primera red IPv6 del Departamento de Defensa . Desde entonces, DREN ha sido pionera en el Departamento de Defensa y el Gobierno Federal de los EE. UU. en la implementación de IPv6, ejecutando redes de pila dual IPv4/IPv6 y redes de solo IPv6. DREN ofrece una extensa base de conocimientos sobre IPv6 que contiene las mejores prácticas y lecciones aprendidas, disponible sin cargo en el sitio web de HPCMP.
Otras redes de investigación de interés:
Además de las supercomputadoras y la red nacional de investigación de área amplia, el HPCMP financia aplicaciones de software que ayudan al Departamento de Defensa a lograr sus objetivos de investigación al garantizar que aplicaciones importantes del Departamento de Defensa funcionen eficazmente en las supercomputadoras de gran escala que implementa.
Los Institutos de Aplicaciones de Software de HPC, o HSAI, son proyectos interdisciplinarios financiados por el HPCMP pero ejecutados en los laboratorios del Departamento de Defensa. El programa HSAI desarrolla herramientas para resolver importantes problemas computacionales que enfrenta el Departamento de Defensa y genera experiencia orgánica en HPC dentro del departamento. [10]
El programa de capacitación y mejora de la productividad de los usuarios (PET) del Programa de modernización de la informática de alto rendimiento (HPCMP) ofrece a los usuarios acceso a expertos informáticos con experiencia en una amplia variedad de áreas técnicas de HPC. El equipo PET está disponible para ayudar a los usuarios de HPC a ser más productivos utilizando los recursos del HPCMP con el objetivo de acelerar los hitos y reducir los costos generales relacionados con el desarrollo tecnológico para los usuarios del Departamento de Defensa. [11]
Además de la experiencia interna, el equipo PET también ofrece capacitación virtual sobre el uso eficaz de software, hardware, redes, transferencia de datos, almacenamiento de datos y visualización de datos. PET facilita y promueve la transferencia de conocimientos científicos y técnicos entre los usuarios de HPCMP y las comunidades computacionales más amplias, incluido el Departamento de Defensa y otras agencias federales. La ayuda en áreas de impulso técnico específicas (TTA) proporciona una amplia gama de conocimientos que incluyen, entre otros, nuevos métodos de entrega, exploración de hardware emergente, análisis de datos de alto rendimiento (HPDA), depuración de software, mejora del rendimiento con códigos de usuario, problemas de escalabilidad y portabilidad de software a hardware emergente. [11]
PET ofrece tres modalidades de soporte dependiendo del tipo, duración y nivel de soporte al usuario requerido:
CREATE es un programa federado aprobado en el proceso de Memorando de Objetivos del Programa (POM) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos en 2006, cuya financiación comenzó en 2008. El Programa CREATE es parte del Programa de Modernización de la Computación de Alto Rendimiento (HPCMP) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD). El HPCMP es ejecutado por el Laboratorio de Tecnología de la Información (ITL) del Centro de Investigación y Desarrollo de Ingenieros (ERDC) del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (USACE) en Vicksburg, Mississippi.
El objetivo de CREATE es reducir el costo, el tiempo y los riesgos de los programas de adquisición del Departamento de Defensa mediante el desarrollo y la implementación de aplicaciones de software multidisciplinarias basadas en la física para el diseño y análisis de aeronaves militares, buques de guerra y sistemas de antenas de radiofrecuencia (ampliados para incluir vehículos terrestres en 2012) por parte de organizaciones de ingeniería del Departamento de Defensa.
La cartera de productos de software CREATE se creó para permitir la creación de prototipos virtuales basados en la física y el análisis de pruebas para los principales programas de adquisición del Departamento de Defensa e incluye las siguientes áreas de programa:
CREATE-AV – Productos para vehículos aéreos
Kestrel – Diseño y análisis de un avión de ala fija
Plataforma de análisis multidisciplinaria de alta fidelidad que admite una amplia gama de física acoplada que incluye: aerodinámica, termoquímica, dinámica estructural, termodinámica, propulsión y controles de vuelo.
Helios – Diseño y análisis de helicópteros
Software aeroestructural de alta fidelidad para análisis CFD/CSD acoplado de aeronaves de ala giratoria: aerodinámica, dinámica estructural y ajuste, maniobra, aerodinámica interaccional y efectos de lanzamiento aéreo.
ADAPT - Diseño, análisis, rendimiento y espacio comercial de aeronaves
Entorno de análisis y optimización multidisciplinario (MDAO) que permite a los diseñadores respaldar el desarrollo de requisitos previos al programa de aeronaves de ala fija del Departamento de Defensa.
CREATE-FT – Producto de tecnologías fundamentales
Capstone – Geometría, malla y generación de atribución
Plataforma de software para crear, modificar y consultar mallas geométricas e información de atribución para definir una representación numérica (modelo digital) para la simulación basada en la física de sistemas de ingeniería complejos.
CREATE-GV – Producto para vehículos terrestres
Mercury – Diseño y análisis de vehículos terrestres
Integra los dominios físicos de la dinámica del vehículo, el tren motriz, la interacción neumático-suelo y pista-suelo, y los modelos de conductor y control, lo que permite múltiples pruebas de rendimiento como calidad de conducción, choque contra obstáculos discretos, movilidad en suelo blando, subida de pendientes de arena, velocidad máxima, estabilidad en cambio de carril y estabilidad en giros circulares.
CREATE-RF – Productos de antena de radiofrecuencia
SENTRi – Modelado, diseño y análisis de antenas
Modelado de estructuras complejas, incluidas estructuras de materiales altamente heterogéneos con características de múltiples escalas que incluyen: condiciones de contorno de impedancia, dieléctricas y magnéticas, y láminas resistivas de valores complejos.
FLO-K – Herramienta de diseño rápido de antenas
Herramienta de diseño rápido para estructuras periódicas como superficies selectivas de frecuencia, antenas de matriz en fase y estructuras de banda prohibida, incluidas estructuras tridimensionales completas con láminas dieléctricas, magnéticas y de impedancia.
Aurora: herramienta de predicción de patrones de antena
Predicción precisa de patrones de antena para el análisis de integración de plataformas complejas.
CREATE-SH – Envíos de productos
RSDE – Diseño conceptual
Herramienta de diseño conceptual que permite evaluar un espectro de parámetros de rendimiento competitivos en el diseño de barcos, que incluyen: alcance, velocidad, armamento, soporte de aviación, diferentes tamaños y formas del casco, sistemas, estructuras, alimentación y cargas útiles.
IHDE – Integración, Diseño y Análisis
Permite la integración de un conjunto de herramientas de diseño y análisis de formas de casco para que los usuarios evalúen el rendimiento hidrodinámico (incluida la visualización) en áreas de resistencia, comportamiento en el mar, cargas hidrodinámicas y operabilidad en forma de porcentaje de tiempo operable (PTO).
NavyFOAM – Modelado y análisis de buques
Permite el análisis hidrodinámico de alta fidelidad y la predicción del rendimiento del barco, incluida la resistencia, la propulsión, la maniobra, el comportamiento en el mar y las cargas en alta mar.
NESM – Kit de herramientas multifísica
Amplía el kit de herramientas multifísica del Laboratorio Nacional Sandia del Departamento de Energía, Sierra Mechanics, para proporcionar un medio para evaluar la respuesta del barco y sus componentes a golpes y explosiones externas.
ISDE – Análisis estructural
Un entorno de análisis estructural de fidelidad múltiple para abordar las deficiencias de las herramientas de diseño estructural actuales al proporcionar un puente de datos computacionales entre el diseño conceptual estructural, las evaluaciones de primer orden y el análisis de elementos finitos detallado, al tiempo que se introducen las capacidades de diseño necesarias para los futuros requisitos de la Marina.
CREATE-Genesis: conjunto de herramientas para la educación aeroespacial
Análisis de dinámica de fluidos Genesis CFD
Proporciona capacidades básicas de análisis de dinámica de fluidos computacional que incluyen: solucionador Navier-Stokes no estructurado de malla única (recuento de núcleos restringido), movimiento (prescrito y 6 grados de libertad), estructuras aeroelásticas basadas en modelos modal y modelo de motor lineal 0-D para condiciones de límite de propulsión.
Capstone – Geometría, malla y generación de atribución
Plataforma de software para crear, modificar y consultar mallas geométricas e información de atribución para definir una representación numérica (modelo digital) para la simulación basada en la física de sistemas de ingeniería complejos.
ADAPT - Diseño, análisis, rendimiento y espacio comercial de aeronaves
Entorno de análisis y optimización multidisciplinario (MDAO) que permite a los diseñadores respaldar el desarrollo de requisitos previos al programa de aeronaves de ala fija del Departamento de Defensa.
La siguiente tabla resume la cronología de los directores del programa. [12] [ cita requerida ]
Desde el año fiscal 2012, la financiación básica del HPCMP se ha proporcionado en dos líneas del presupuesto del Ejército, que es en sí mismo una parte del presupuesto del Departamento de Defensa presentado cada año por el Presidente y aprobado por el Congreso. La PE 0603461A prevé fondos de RDT&E que operan los centros y DREN, y financia esfuerzos de I+D en apoyo de los objetivos del programa. [19] La línea de partida número B66501 (línea 103, BA 02, BSA 92) proporciona fondos de adquisición para la compra anual de nuevo hardware de supercomputación (tanto supercomputadoras como sistemas relacionados). [20]
Antes del año fiscal 2012, la financiación de IDT&E del HPCMP se proporcionaba con el PE 0603755D8Z, [21] mientras que la adquisición se financiaba con el PE 0902198D8Z (P011). [22]
La siguiente tabla resume los montos de financiamiento solicitados y aprobados por el comité para la parte RDT&E del programa para los años fiscales federales más recientes (el financiamiento de adquisiciones, que se proporciona en una línea diferente en el presupuesto federal, no está incluido en esta tabla).
El cambio temporal en el número del Elemento del Programa para el año fiscal 2004 refleja una transición planificada del programa desde la gestión de la Oficina del Secretario de Defensa a la Fuerza Aérea; esta transición finalmente no ocurrió.
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