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 nanoHUB.orgのロゴ | |
サイトの種類 | 科学研究支援 |
|---|---|
| メールアドレス | ナノハブ |
| コマーシャル | いいえ |
| 発売 | 2002 |
nanoHUB.orgは、コミュニティが提供したリソースで構成され、ナノテクノロジーの教育、専門家のネットワーキング、インタラクティブなシミュレーションツールに重点を置いた科学およびエンジニアリングのゲートウェイです。[1] 米国国立科学財団（NSF）の資金提供を受け、計算ナノテクノロジーネットワーク（NCN）の製品です。NCNは、ナノエレクトロニクス、ナノマテリアル、ナノ電気機械システム（NEMS）、ナノ流体工学、ナノ医療、ナノ生物学、ナノフォトニクスの研究活動をサポートしています。
歴史
計算ナノテクノロジーネットワークは、研究、教育、専門家のコラボレーションのためのオンラインサービスを通じてナノサイエンスとナノテクノロジーのリソースを作成することを目的に2002年に設立されました[2] 。当初は、パデュー大学、カリフォルニア大学バークレー校、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校、マサチューセッツ工科大学、ローレンス・バークレー国立研究所の分子ファウンドリー、ノーフォーク州立大学、ノースウェスタン大学、テキサス大学エルパソ校の8つの大学が加盟する複数大学の取り組みでしたが、現在はNCN全体がパデュー大学で運営されています。
米国国立科学財団（NSF）は、マーク・S・ランドストロムを主任研究者として、2002年から2010年にかけて約1,400万ドルの助成金を提供した。[3]米国NSFの継続的な助成金は、2007年以降、ゲルハルト・クリメックを主任 研究者、アレハンドロ・ストラチャンを共同主任研究者 として授与されており、総額2,000万ドルを超える資金が提供されています。[4]
リソース
NCNのWebポータルはnanoHUB.orgで、 HUBzeroハブのインスタンスです。シミュレーションツール、コース教材、講義、セミナー、チュートリアル、ユーザーグループ、オンライン会議を提供しています。[5] [6] インタラクティブなシミュレーションツールはWebブラウザーからアクセスでき、パデュー大学の分散コンピューティングネットワーク、TeraGrid、Open Science Gridを介して実行されます。これらのリソースは、ナノサイエンスコミュニティの何百人ものメンバー貢献者によって提供されています。[7]
主なリソースの種類: [8]
- ナノテクノロジーおよび関連分野向けのインタラクティブシミュレーションツール
- 教育者向けコースカリキュラム
- ナノテクノロジーに関するニュースとイベント
- さまざまな形式の講義、ポッドキャスト、学習教材
- オンラインセミナー
- オンラインワークショップ
- ユーザーグループ
- オンライングループ会議室
- ブラウザ内 Linux マシン内でのツール開発を容易にする仮想 Linux ワークスペース
シミュレーションツール
nanoHUB は、ナノテクノロジー、電気工学、材料科学、化学、半導体教育向けのブラウザ内シミュレーション ツールを提供します。nanoHUB シミュレーションは、スタンドアロン ツールとしても、多数のツールで構成される構造化された教育および学習カリキュラムの一部としても使用できます。ユーザーは、ライブ展開用に独自のツールを開発して提供できます。
ツールの例としては以下が挙げられる: [9]
- シュレッド
- 1次元(1D)ポアソン方程式と1Dシュレーディンガー方程式を自己無撞着に解くことで、典型的な金属酸化物半導体(MOS)または半導体酸化物半導体(SOS)構造と典型的なSOI構造のエンベロープ波動関数と対応する束縛状態エネルギーを計算します。
- 量子ドットラボ
- ドームやピラミッドを含むさまざまな形状のボックス内の粒子の固有状態を計算します。
- バルクモンテカルロツール
- 4列目（SiおよびGe）およびIII-V族（GaAs、SiC、およびGaN）材料の両方において、任意の結晶方向に印加された電界に対する電子ドリフト速度、電子平均エネルギー、および電子移動度のバルク値を計算します。
- クリスタルビューアー
- 多くの材料、電子工学、化学のコースで必要とされるさまざまな種類のブラベー格子、平面、ミラー指数を視覚化するのに役立ちます。また、このツールを使用して、さまざまな材料 (シリコン、InAs、GaAs、ダイヤモンド、グラフェン、バッキーボール)の大規模なバルク システムを表示することもできます。
- バンド構造研究室
- さまざまな材料、成長方向、歪み条件について、バルク半導体、薄膜、ナノワイヤのバンド構造を計算して視覚化します。計算されたバンド構造から、バンドギャップや有効質量などの物理パラメータも取得できます。
- ナノマテリアルシミュレーションツールキット
- 分子動力学を使用して原子スケールで材料をシミュレートします。
- Quantum ESPRESSOによるDFT計算
- 密度汎関数理論を使用して材料の電子構造をシミュレートします。
インフラストラクチャー
Rappture ツールキット
Rappture (Rapid APPlication infrastrucTURE) ツールキットは、大規模な科学アプリケーションの開発のための基本的なインフラストラクチャを提供し、科学者がコアアルゴリズムに集中できるようにします。これは言語に依存しない方法で行われるため、C/C++、Fortran、Python など、さまざまなプログラミング環境で Rappture にアクセスできます。Rappture を使用するには、開発者がシミュレータのすべての入力と出力を記述し、Rappture がツールのグラフィカル ユーザー インターフェイス(GUI) を自動的に生成します。 [10]
Jupyterノートブック
nanoHUB 内の既存の Rappture GUI ツールを補完するために、2017 年からは、より新しいブラウザベースのJupyterノートブックも nanoHUB で利用できるようになりました。nanoHUB の Jupyter は、既存の科学ソフトウェア、特にすべての Rappture ツールを使用して、ノートブックに散在するコード ( Python、テキスト、マルチメディアなど) を備えた nanoHUB 内で新しい可能性を提供します。
ワークスペース
ワークスペースは、NCN の Rappture ツールキットへのアクセスと、NCN、Open Science Grid、および TeraGrid ネットワークで利用可能な計算リソースを提供するブラウザ内 Linux デスクトップです。これらのリソースを使用して、研究を行ったり、新しいシミュレーション ツールの開発領域として使用したりできます。コードをアップロードし、コンパイル、テスト、デバッグできます。コードがテストされ、ワークスペースで適切に動作したら、nanoHUB でライブ ツールとして展開できます。
ユーザーは、通常の Linux ツールを使用して、ワークスペースとの間でデータを転送できます。たとえば、sftp yourlogin@sftp.nanohub.org は、nanoHUB ファイル共有との接続を確立します。ユーザーは、Windows、Macintosh、Linux オペレーティング システムに組み込まれているWebDAVサポートを使用して、ローカル デスクトップ上の nanoHUB ファイルにアクセスすることもできます。
ミドルウェア
Webサーバーはデーモンを使用して、アプリケーション セッションが動作している実行ホストへの着信VNC接続を動的に中継します。ポート ルーターを使用してファイルのインポートまたはエクスポート操作を実行する別のチャネルを設定する代わりに、VNC を使用してブラウザーでアクションをトリガーし、メインの nanoHUB Web サーバーを介してファイル転送を中継します。これらの機能を Web サーバーに統合する主な利点は、nanoHUB へのエントリ ポイントが 1 つのアドレス (www.nanohub.org) に制限されることです。これにより、セキュリティ モデルが簡素化され、管理する独立したセキュリティ証明書の数も減ります。
ほとんどの通信を Web サーバー経由で統合することの欠点の 1 つは、個々のユーザーによって転送されるデータが多すぎる場合にスケーラビリティが欠如することです。ネットワーク トラフィックの混雑を回避するために、DNS ラウンドロビン選択によって Web サーバーを複製し、1 つの名前にクラスター化することができます。
Maxwell をサポートするバックエンド実行ホストは、従来のUnixシステム、Xen仮想マシン、およびOpenVZに基づく仮想化形式で動作できます。各システムでは、セッションごとに VNC サーバーが事前に起動されます。OpenVZ を使用すると、その VNC サーバーは仮想コンテナ内で起動されます。そのコンテナで実行されているプロセスは、物理システム上の他のプロセスを参照したり、他のユーザーによって課せられた CPU 負荷を確認したり、物理マシンのリソースを占有したり、ネットワーク接続を送信したりすることはできません。OpenVZ によって課せられた制限を選択的にオーバーライドすることで、ユーザーがリモートで使用できる各アプリケーション セッションに対して完全にプライベートな環境を合成できます。[11]
使用法
利用者の大半は、研究や教育活動の一環として nanoHUB を使用している学術機関の利用者です。国立研究所や民間企業の利用者もいます。科学的リソースとして、nanoHUB は科学文献で何百回も引用されており、2009 年にピークを迎えました。[12] [13] 引用の約 60% は NCN に所属していない著者によるものです。引用の 200 件以上がナノテクノロジー研究に言及しており、そのうち 150 件以上が具体的なリソースの使用法に言及しています。20 件の引用では教育における nanoHUB の使用について詳しく述べており、30 件以上が国家サイバーインフラストラクチャの例として nanoHUB に言及しています。[いつ? ]
ナノハブ
nanoHUB-U [14]オンラインコースの取り組みは、学生が1単位の授業とほぼ同等の5週間の枠組みで科目を学習できるようにするために開発されました。単位は付与されません。クイズと試験は簡単なもので、習得したスキルを厳密にテストするのではなく、学習の補助を目的としています。研究大学の精神にのっとり、nanoHUB-Uコースは研究からの新たな進歩と理解をカリキュラムに取り入れることを目指しています。さらに、シミュレーション（多くの場合nanoHUBから）がコースに多く含まれています。さまざまなバックグラウンドを持つ大学院生の初心者が最小限の前提条件でコースを受講できるように、あらゆる努力が払われています。理想的なnanoHUB-Uコースは、工学または物理科学の学士号を持つすべての学生が受講できるコースです。コースには、ナノエレクトロニクス、ナノスケール材料、ナノスケール特性評価などがあります。nanoHUB-Uコースは現在edXの一部となっています。
参照
参考文献
- ^ Sebastien Goasguen、Krishna Madhavan、David Wolinsky、Renato Figueiredo、Jaime Frey、Alain Roy、Paul Ruth、Dongyan Xu (2008)。「サイバーインフラストラクチャのミドルウェア統合および展開戦略」。グリッドおよびパーベイシブコンピューティングの進歩。コンピュータサイエンスの講義ノート。第 5036 巻。pp . 187–198。doi :10.1007/978-3-540-68083-3_20。ISBN 978-3-540-68081-9。
- ^ Gerhard Klimeck、Michael McLennan、Sean P. Brophy、George B. Adams III、Mark S. Lundstrom (2008 年 9 月～10 月)。「nanoHUB.org: ナノテクノロジーの教育と研究の推進」。Computing in Science & Engineering。10 ( 5)。IEEE Computer Society: 17～23。Bibcode : 2008CSE ....10e..17K。doi :10.1109/MCSE.2008.120。S2CID 2020684 。
- ^ 「計算ナノテクノロジーのためのネットワーク」。受賞要旨#0228390。国立科学財団。2002年9月10日。 2011年9月19日閲覧。
- ^ 「計算ナノテクノロジーサイバープラットフォームのためのネットワーク」。受賞要旨#1227110。国立科学財団。2012年11月20日。 2019年2月6日閲覧。
- ^ "nanoHUB.org" . 2014年10月8日閲覧。
- ^ 「仮想世界は科学者やエンジニアにとって未来の兆し」。ニュースリリース。サイエンス・デイリー。2008年7月18日。 2011年9月19日閲覧。
- ^ 「寄稿者」。nanoHUB.org 公式ウェブサイト。 2011年9月19日閲覧。
- ^ Diana G. Oblinger (2007 年 8 月)。「nanoHUB」(PDF)。ELI論文 7。Educause Learning Initiative。2011年 10 月 5 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2011 年9 月 19 日閲覧。
- ^ 「nanoFORGE: 利用可能なツール」。nanoHUB Web サイト。2011年9 月 19 日閲覧。
- ^ "infrastructure:rappture" . 2014年10月8日閲覧。
- ^ Sebastien Goasguen (2007)。「科学コミュニティのためのグリッドアーキテクチャ」。グリッドベースの問題解決環境。IFIP 国際情報処理連盟。第 239 巻。国際情報処理連盟。p. 397。doi :10.1007/ 978-0-387-73659-4_23。ISBN 978-0-387-73658-7. S2CID 35004767。
- ^ 「引用」。nanoHUB.orgウェブサイト。 2011年9月19日閲覧。
- ^ James R. Bottum、James F. Davis、Peter M. Siegel、Brad Wheeler、Diana G. Oblinger (2008 年 7 月 - 8 月)。「サイバーインフラストラクチャ: 未来に向けて」。Educause Review。第 43 巻、第 4 号。2008 年 9 月 7 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9 月 19 日閲覧。
- ^ 「グループ: NanoHUB-U」.
さらに読む
- EDUCAUSE Review、第42巻第6号 - nanoHUB: コミュニティとコラボレーション
- HUBzeroに関連する出版物
- 教育の卓越性のための連邦政府のリソース
- IBM.com: nanoHUB はリモート コンピューティングを正しく実現します
- Alan Henry (2007 年 8 月 28 日)。「Scientists Connect at nanoHUB」。Appscout。2011年 7 月 16 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
外部リンク
- 公式サイト