MATSCI-NASU
Концепція проєкту MATSI-NASU як пілотного сценарію для створення тематичного EOSC вузла НАН України з матеріалознавства
MATSCI-NASU готує тематичний вузол EOSC для обчислювального матеріалознавства, поєднуючи обчислювальну інфраструктуру, наукові робочі процеси та супровід даних відповідно до принципів FAIR.
Проєкт очолює Інститут теоретичної фізики ім. М. М. Боголюбова Національної академії наук України (ІТФ) у партнерстві з Інститутом проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України (ІПМ) та Київським академічним університетом (КАУ).
MATSCI-NASU розробляє модель, за якої усталені обчислювальні робочі процеси у матеріалознавстві можуть надаватися як автентифіковані, попередньо налаштовані сервіси з доступом до необхідних обчислювальних ресурсів. Дані та результати виконання робочих процесів супроводжуються фіксацією походження, проходять курацію та повертаються як цитовані дослідницькі об’єкти FAIR.
Коротко про проєкт
Основні відомості про MATSCI-NASU та його роль у підготовці тематичного вузла EOSC для обчислювального матеріалознавства.
Обчислювальне матеріалознавство
Початковий фокус — тверді матеріали та пілотний робочий процес DFT → MLIP → MD.
Підготовчий грант EOSC GRAVITY
Підготовка моделі управління, технічної готовності, сервісів і взаємодії зі спільнотою для майбутнього тематичного вузла.
ІТФ
Інститут теоретичної фізики ім. М. М. Боголюбова Національної академії наук України.
ІТФ · ІПМ · КАУ
Інфраструктура та експлуатація, наукові робочі процеси та предметна курація, супровід FAIR-даних і навчання.
DFT → MLIP → MD
Обчислювальний робочий процес з матеріалознавства, який розвивається як автентифікований федеративний сервіс із поверненням результатів відповідно до принципів FAIR.
Федерація EOSC
Федеративна AAI, каталог ресурсів EOSC, постійні ідентифікатори, provenance та повторно використовувані дослідницькі об’єкти FAIR.
Чому MATSCI-NASU
MATSCI-NASU спрямований на подолання практичних бар’єрів, які сьогодні обмежують повторне використання обчислювальних робочих процесів у матеріалознавстві та створених ними дослідницьких даних.
Робочі процеси складно повторно використовувати
Багато обчислювальних робочих процесів на практиці можуть виконувати лише групи, які їх створили, оскільки програмне середовище, конфігурації та необхідні операційні знання не підготовлені для повторного використання.
Результати обчислень складно повторно використовувати
Результати часто залишаються на системах, де вони були отримані, без достатніх метаданих, постійних ідентифікаторів або збережених зв’язків між етапами робочого процесу, що ускладнює їх пошук, цитування та відтворення.
Потрібне представлення української галузевої спільноти
Українське обчислювальне матеріалознавство, його усталені робочі процеси та створені дані поки що не представлені як окремий тематичний внесок у Федерації EOSC.
Інфраструктуру, предметну експертизу та супровід FAIR-даних
HPC, хмарна інфраструктура, репозитарій, автентифікація та операційна інфраструктура для надання обчислювальних сервісів.
Підключення наукових робочих процесів, експертиза з матеріалознавства та предметна валідація обчислювальних сервісів і результатів.
Профілі метаданих, правила FAIR-пакування, курація, документація та навчання через Центр компетенції з управління FAIR-даними НАН України.
Ключова відмінність полягає в інтеграції цих складових. MATSCI-NASU поєднує обчислювальну інфраструктуру, предметну експертизу щодо робочих процесів і супровід FAIR-даних, щоб усталені робочі процеси могли стати повторно використовуваними сервісами, а їх результати — дослідницькими об’єктами FAIR з повною інформацією про походження.
Цінність для дослідника: можливість застосувати валідований робочий процес до власного матеріалу без необхідності самостійно збирати повний програмний стек і обчислювальне середовище, отримуючи водночас результати, підготовлені для документування, цитування та повторного використання.
Як працює MATSCI-NASU
MATSCI-NASU реалізує модель «обчислити та повернути»: дослідники отримують доступ до попередньо налаштованих обчислювальних робочих процесів і ресурсів, а результати фіксуються, проходять курацію та повертаються як повторно використовувані дослідницькі об’єкти FAIR.
Від обчислення до повторного використання FAIR
Вхідними даними для робочого процесу можуть бути дані, доступні через Федерацію EOSC, або дані самого дослідника. Обчислення виконуються в автентифікованому середовищі з доступом до HPC або хмарних ресурсів. Результати та зв’язки між ними фіксуються разом з інформацією про походження, проходять курацію, депонуються з постійними ідентифікаторами та готуються до пошуку і повторного використання через Федерацію EOSC.
Дослідницькі дані
Дані Федерації EOSC або дані дослідника використовуються як вхідні дані робочого процесу.
Автентифікований доступ
Користувачі отримують доступ до сервісів MATSCI-NASU через федеративний рівень автентифікації та авторизації.
Попередньо налаштований робочий процес
Підключений науковий робочий процес надається як підготовлене обчислювальне середовище.
HPC та хмарні обчислення
Обчислювальні ресурси ІТФ забезпечують необхідні потужності для виконання сервісу.
Фіксація походження
Результати та зв’язки між етапами обчислювального робочого процесу фіксуються під час його виконання.
FAIR-курація
Перед публікацією перевіряються метадані, документація, структура пакування та умови доступу.
Депонування та PID
Дослідницькі об’єкти FAIR депонуються в DataverseUA та отримують постійні ідентифікатори.
Пошук і повторне використання
Дослідницькі об’єкти з повною інформацією про походження готуються до пошуку та повторного використання через Федерацію EOSC.
Результат: дослідник отримує доступ до валідованого обчислювального робочого процесу та обчислювальних ресурсів, а MATSCI-NASU повертає документовані, цитовані та повторно використовувані результати досліджень.
Репозитарії та сервіси
MATSCI-NASU поєднує діючу дослідницьку інфраструктуру з новими сервісами FAIR-даних і робочих процесів, які готуються до інтеграції з Федерацією EOSC.
Репозитарій відкритих даних НАН України
Діючий репозитарій дослідницьких даних Національної академії наук України. У MATSCI-NASU він забезпечує маршрут депонування дослідницьких об’єктів FAIR, створених сервісами вузла та учасниками спільноти.
Депонування, надання метаданих і публікація дослідницьких об’єктів для пошуку та повторного використання.
HPC Grid-кластер ІТФ
Діюча HPC-інфраструктура ІТФ, підключена до грід-інфраструктури EGI. Вона забезпечує обчислювальні ресурси для наукових сервісів MATSCI-NASU.
Федеративний доступ до високопродуктивних обчислювальних ресурсів для робочих процесів з обчислювального матеріалознавства.
Хмарний кластер ІТФ
Діюча хмарна інфраструктура на основі OpenStack, яку експлуатує ІТФ і яка бере участь у EGI Federated Cloud.
Хмарні ресурси для автентифікованих користувачів і розгортання обчислювальних сервісів MATSCI-NASU.
Сервіс FAIR-даних і робочих процесів
Сервісна рамка для підключення обчислювальних наборів даних і робочих процесів, фіксації результатів їх виконання та повернення кураторованих дослідницьких об’єктів FAIR до репозитарію і Федерації EOSC.
Повторюваний маршрут підключення робочого процесу, підготовки метаданих, фіксації provenance, FAIR-пакування, курації та депонування в репозитарій.
Сервіс робочого процесу DFT → MLIP → MD
Перший предметний робочий процес, який розвивається як сервіс MATSCI-NASU. Він поєднує DFT-розрахунки, машинно-навчені міжатомні потенціали та молекулярну динаміку в підготовленому обчислювальному середовищі.
Автентифікований науковий робочий процес з обчислювальними ресурсами, фіксацією provenance та кураторованим поверненням FAIR-даних і результатів робочого процесу.
Інтегрована сервісна модель. Цінність MATSCI-NASU визначається поєднанням діючого репозитарію, HPC та хмарної інфраструктури з виконанням робочих процесів, фіксацією provenance і супроводом FAIR-даних. Разом ці ресурси забезпечують повний маршрут від обчислення до повторно використовуваного дослідницького об’єкта.
Пілотний сценарій використання (пілотний кейс)
DFT → MLIP → MD
Робочі процеси обчислювального матеріалознавства як федеративні сервіси з курованим поверненням FAIR-орієнтованих процесів та даних
Перший сервіс MATSCI-NASU реалізує робочий процес DFT → MLIP → MD для твердих матеріалів. Сервіс розробляється на базі обчислювального середовища, яке вже використовується у реальних дослідженнях, та поєднує в собі Quantum ESPRESSO, PyTorch з NequIP, а також ASE (Atomic Simulation Environment).
Мета полягає в тому, щоб зробити цей робочий процес доступним для використання за межами тієї наукової групи, яка його розробила. Дослідники зможуть отримати доступ до підготовленого обчислювального середовища, застосувати робочий процес до власних матеріалів та отримати результати, які є повністю задокументованими, містять вичерпну інформацію про походження (відстежуваність) і є придатними для публікації відповідно до принципів FAIR.
Пілотний робочий процес: DFT → MLIP → MD
Перший пілотний сервіс MATSCI-NASU перетворює обчислювальний робочий процес з матеріалознавства на повторно використовуваний сервіс, поєднуючи етапи моделювання з фіксацією provenance, FAIR-курацією та публікацією в репозитарії.
Від атомістичного розрахунку до повторно використовуваного дослідницького об’єкта FAIR
Пілотний робочий процес MATSCI-NASU починається з DFT-розрахунків, продовжується навчанням і валідацією машинно-навчених міжатомних потенціалів і переходить до моделювання молекулярної динаміки. Далі результати готуються до FAIR-публікації з метаданими, provenance та постійними ідентифікаторами.
DFT
Еталонні електронно-структурні розрахунки формують навчальні дані та атомістичні характеристики, необхідні для наступних етапів.
MLIP
Машинно-навчені міжатомні потенціали навчаються, валідуються та готуються до подальшого атомістичного моделювання.
MD
Молекулярно-динамічні розрахунки формують результати моделювання поведінки матеріалу та похідні властивості для подальшого аналізу.
FAIR-повернення
Результати робочого процесу пов’язуються з provenance, описуються метаданими, пакуються для повторного використання та депонуються як дослідницькі об’єкти FAIR.
DFT: Quantum ESPRESSO
MLIP: PyTorch з NequIP
MD: ASE
Профіль метаданих, зв’язки provenance, README, manifest, model card, депонування в репозитарії та постійні ідентифікатори.
Що забезпечує пілот
- Попередньо налаштоване обчислювальне середовище. Програмний стек та конфігурація робочого процесу, підготовлені для повторного використання.
- Автентифікований доступ до обчислювальних потужностей. Ресурси високопродуктивних обчислень (HPC) та хмарні ресурси надаються через рівень доступу до Вузла.
- Фіксація походження даних (відстежуваність). Зв’язки між етапами обчислень та отриманими результатами записуються безпосередньо під час виконання робочого процесу.
- Депонування та публікація відповідно до принципів FAIR. Наукові об'єкти депонуються в репозиторій DataverseUA із присвоєнням постійних ідентифікаторів.
- Типовий (придатний для повторного використання) маршрут підключення. Цей самий маршрут інтеграції може бути застосований до додаткових обчислювальних робочих процесів
Технічна готовність та інтеграція з EOSC
MATSCI-NASU спирається на діючу обчислювальну та репозитарну інфраструктуру і доповнює її компонентами автентифікації, надання сервісів, provenance, пошуку, моніторингу та підтримки, необхідними для федеративного використання.
Підключення наявної інфраструктури до Федерації EOSC
HPC- і хмарні ресурси ІТФ та Репозитарій відкритих даних НАН України вже експлуатуються. MATSCI-NASU доповнює цю основу федеративною автентифікацією, реєстрацією ресурсів EOSC, керованими середовищами робочих процесів, фіксацією provenance, моніторингом та підтримкою користувачів.
Автентифікація та авторизація
Доступ до сервісів MATSCI-NASU готується через механізми федеративної автентифікації та авторизації, сумісні з інфраструктурою EOSC і EGI.
eduGAIN · MyAccessID · EGI Check-in · SATOSA · Keycloak · SAML 2.0 · OIDC/OAuth 2.0
Пошук та каталогізація ресурсів
Ресурси та сервіси MATSCI-NASU планується зареєструвати в ресурсному середовищі EOSC, щоб вони були доступні для пошуку користувачами Федерації.
EOSC Resource Catalogue · Resource Hub Node Registry · Provider interface
Середовище робочих процесів
Наявні наукові програмні середовища пакуються та розгортаються так, щоб обчислювальні робочі процеси могли надаватися як керовані сервіси на HPC- і хмарних ресурсах MATSCI-NASU.
Apptainer · NVIDIA CUDA · OnDemand · OpenStack · Kubernetes
Provenance, метадані та постійна ідентифікація
Результати робочих процесів і зв’язки між ними готуються до машинної обробки та повторного використання через фіксацію provenance, репозитарні метадані, постійні ідентифікатори та стандартні інтерфейси надання метаданих.
AiiDA · NOMAD · DataCite · OAI-PMH · OpenAIRE
Моніторинг, облік та підтримка користувачів
Наявні механізми моніторингу та обліку EGI будуть адаптовані для роботи сервісів MATSCI-NASU разом з інтеграцією служби підтримки користувачів.
ARGO monitoring · EGI accounting · Zammad helpdesk
HPC Grid-кластер ІТФ, підключений до грід-інфраструктури EGI.
OpenStack Cloud Cluster ІТФ, що бере участь у EGI Federated Cloud.
DataverseUA в експлуатації з наданням метаданих через стандартні репозитарні інтерфейси.
Результати проєкту
Програма розбудови MATSCI-NASU організована за п’ятьма групами результатів, що охоплюють управління, інтеграцію з Федерацією, сервіси вузла, супровід FAIR-даних, підключення спільноти та навчання.
Формування операційної та політичної основи
Підключення MATSCI-NASU до Федерації EOSC
Формування операційних сервісів робочих процесів
Підготовка обчислювальних результатів до повторного використання
Реалізовані як блоки метаданих DataverseUA та перевірені на реальних дослідницьких об’єктах.
Контрольні списки для окремих етапів, README, manifest і model card, включно з кураторським погодженням та резервуванням ролей.
Відкриття вузла для користувачів і нових робочих процесів
Два маршрути подання заявок, оцінювання готовності та оприлюднені критерії оцінювання.
Документація, опрацьовані приклади, FAIR-клініки, вебінари та матеріали EOSC Academy через Центр компетенції з управління FAIR-даними НАН України.
Пілотний еталонний набір, один зовнішній матеріал і другий тип робочого процесу, доведені до депонування.
Самооцінювання готовності, показники взаємодії, досвід підключення та дорожня карта для операційної фази.
Від готовності до експлуатації. Результати MATSCI-NASU послідовно переводять проєкт від управлінської та технічної підготовки через інтеграцію з Федерацією та розгортання сервісів до підключення зовнішніх робочих процесів, публікації дослідницьких об’єктів FAIR і формування дорожньої карти операційної фази.
Спільнота та підключення
MATSCI-NASU розглядає взаємодію зі спільнотою як операційну складову сервісної моделі вузла. Проєкт підтримує дослідників, наукові групи та постачальників сервісів у підготовці наборів даних, робочих процесів і цифрових сервісів до федеративного використання.
Від консультації до підключення
Вебсайт MATSCI-NASU є основною публічною точкою входу до інформації про тематичний напрям вузла, організації-учасники, сценарії використання, доступні та заплановані сервіси, можливості підключення, навчальні заходи, форми заявок і контактні точки.
Дослідники у галузі матеріалознавства
Групи з обчислювального та експериментального матеріалознавства установ НАН України та українських університетів.
Стюарди даних
Фахівці, які підтримують підготовку FAIR-даних, метаданих, курацію та репозитарну публікацію.
Фахівці з підтримки досліджень
Менеджери репозитаріїв, фахівці з підтримки досліджень і молоді науковці, які впроваджують практики FAIR-даних.
Партнери EOSC
Партнери, зацікавлені у повторно використовуваних матеріалознавчих даних, документованих робочих процесах, навчених міжатомних потенціалах і змодельованих властивостях.
Для дослідників і наукових груп
Цей маршрут призначений для дослідників, яким потрібна підтримка у підготовці наборів даних або документуванні обчислювальних робочих процесів із використанням сервісів MATSCI-NASU.
- відповідність тематичному напряму MATSCI-NASU;
- готовність до RDM та FAIR;
- наявність метаданих;
- готовність до депонування в репозитарії;
- можливість FAIR-публікації набору даних або робочого процесу.
Для постачальників сервісів
Інститути, лабораторії та наукові групи можуть запропонувати робочий процес або цифровий сервіс у галузі матеріалознавства для оцінювання готовності та можливого включення до портфеля MATSCI-NASU.
- відповідність сервісу тематичному напряму;
- визначений власник і контакт підтримки;
- цільові користувачі та умови доступу;
- рівень зрілості й документація;
- готовність метаданих і спроможність підтримки.
Оновлення вебсайту, цільова робота з пілотними групами, практичні вебінари, клініки FAIR-даних і робочих процесів, консультації щодо підключення та повторно використовувані методичні матеріали.
Заявки та повідомлення про зацікавленість, розглянуті звернення, консультації, перевірки готовності, пілотовані робочі процеси або набори даних, оцінені сервіси, депоновані дослідницькі об’єкти FAIR, участь у навчанні, повторно використовувані шаблони та відгуки користувачів.
Дорожня карта
Дорожня карта розбудови MATSCI-NASU веде від формування моделі управління та проєктування інтеграції до федеративної експлуатації, підключення зовнішніх робочих процесів і готовності до операційної фази.
Від запуску проєкту до операційної готовності
Тринадцять контрольних етапів визначають фазу розбудови MATSCI-NASU. Вони охоплюють управління, інтеграцію з EOSC, технічне розгортання, FAIR-дані та робочі процеси, зовнішнє підключення і перехід до операційної роботи тематичного вузла.
Управління та проєктування інтеграції
Авторизація, доступ та ідентичність вузла
Видимість у Федерації та базова FAIR-готовність
Наскрізна робота сервісів
Зовнішнє підключення та операційна дорожня карта
Консорціум
MATSCI-NASU об’єднує взаємодоповнювальні компетентності у дослідницькій інфраструктурі, обчислювальному матеріалознавстві та супроводі FAIR-даних.
ІТФ
Координує проєкт і забезпечує обчислювальну, автентифікаційну, репозитарну та операційну інфраструктуру, необхідну для сервісів MATSCI-NASU та інтеграції з Федерацією EOSC.
ІПМ
Реалізує та підтримує обчислювальні робочі процеси з матеріалознавства як федеративні сервіси, забезпечує їх підключення та предметну курацію.
КАУ
Забезпечує підтримку метаданих, FAIR-пакування, provenance, курації, документації та навчання, зокрема через Центр компетенції з управління FAIR-даними НАН України.
Project Charter MATSCI-NASU
Project Charter визначає тематичний обсяг, ціннісну пропозицію, ресурси та сервіси, сценарії використання, технічну інтеграцію, зовнішні залежності й ризики, результати проєкту, модель взаємодії зі спільнотою, контрольні етапи та модель управління MATSCI-NASU.
Розроблення моделі управління, базової готовності та пілотного сценарію для тематичного вузла НАН України з матеріалознавства
MATSCI-NASU
EOSCGRAVITY-PREP-2026-023-MATSCI-NASU
101188045
ІТФ
ІТФ · ІПМ · КАУ
Проєкт фінансується в межах Cascading Grants проєкту EOSC Gravity, який отримав фінансування від програми Європейського Союзу Horizon Europe за грантовою угодою № 101188045.
Викладені погляди та думки належать виключно їх авторам і не обов’язково відображають позицію Європейського Союзу, органу, що надає грант, або партнерів EOSC Gravity.