[論文レビュー] Scientific Workflow Systems for 21st Century e-Science, New Bottle or New Wine?

Yong Zhao, Ioan Raicu+1 more|ArXiv.org|Aug 26, 2008

Scientific Computing and Data Management参考文献 16被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、21世紀のe-Scienceのための科学的ワークフローシステムが、既存のワークフロートレーディング技術から進化するのではなく、根本的に新しいアプローチを必要とするかどうかを調査する。現在のワークフローシステムにおける課題を分析し、新興のプラットフォームや言語を評価し、次世代e-Scienceワークロードに求められる重要な要件を特定する。結論として、既存技術は基盤を提供しているが、証明可能性、スケーラビリティ、動的構成といった新たな機能が、次世代の科学的ワークフローに不可欠であると示す。

ABSTRACT

With the advances in e-Sciences and the growing complexity of scientific analyses, more and more scientists and researchers are relying on workflow systems for process coordination, derivation automation, provenance tracking, and bookkeeping. While workflow systems have been in use for decades, it is unclear whether scientific workflows can or even should build on existing workflow technologies, or they require fundamentally new approaches. In this paper, we analyze the status and challenges of scientific workflows, investigate both existing technologies and emerging languages, platforms and systems, and identify the key challenges that must be addressed by workflow systems for e-science in the 21st century.

研究の動機と目的

• 既存のワークフローテクノロジーが21世紀のe-Scienceワークロードを十分に満たすかどうかを評価すること。
• 証明可能性、自動化、調整に関する科学的ワークフローシステムの核心的な課題を特定すること。
• e-Science要件の文脈において、新興のワークフロープラットフォーム、言語、システムを評価すること。
• 科学的ワークフローが根本的に新しいアーキテクチャ的・意味的基盤を必要とするかどうかを特定すること。

提案手法

• e-Scienceの文脈において、既存のワークフローシステムと新興プラットフォームを比較分析すること。
• 科学的ワークロードを想定した新興のワークフローアウトプット言語と実行環境を調査・評価すること。
• 科学的ワークフローにおける証明可能性追跡、動的構成、障害耐性といった主要な機能を検討すること。
• 現在のワークフローテクノロジーと、複雑でデータ集約的な科学的アプリケーションの要件との間のギャップを特定すること。
• e-Science固有の要件に基づいたワークフローシステム評価のフレームワークを提唱すること。
• ユースケーススタディとシステム評価を用いて、現在および新興技術の適正性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のワークフローテクノロジーは、現代のe-Scienceアプリケーションのニーズをどの程度満たせるか。
• RQ2 大規模かつデータ集約的な科学的ワークロードに適用した場合、現在のワークフローシステムにどのような根本的限界があるか。
• RQ3 e-Scienceにおける証明可能性追跡、自動化、動的実行を支援するため、ワークフローシステムにどのような新機能が必要か。
• RQ4 新興のワークフロープラットフォームと言語は、従来のシステムの欠陥をどのように是正しているか。
• RQ5 科学的ワークフローシステムは、既存の基盤に構築すべきか、それともパラダイムシフトを要するか。

主な発見

• 既存のワークフローテクノロジーは有用な基盤を提供しているが、e-Scienceの要件の全範囲を満たすには不十分である。
• 証明可能性追跡と動的ワークフロー構成は、現在のシステムにおいても依然として大きな課題のままである。
• 新興プラットフォームは、複雑でデータ集約的な科学的ワークロードをサポートする上で有望である。
• 科学的ワークロードに特化した標準的で表現力のあるワークフローアウトプット言語の需要が高まっている。
• 分散環境におけるスケーラビリティと障害耐性は、依然として解決されていない重要な問題のままである。
• ワークフローシステムとデータ集約的科学プラットフォームの統合は、まだ未熟であり、さらなる研究が求められている。