dr hab. Szymon Gadomski Uniwersytet Genewski i Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie S. Gadomski, "CERN i komputery",

Transkrypt

1 CERN i komputery dr hab. Szymon Gadomski Uniwersytet Genewski i Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie S. Gadomski, "CERN i komputery",

2 Komputery w CERN - WWW i GRID 1. WWW - najbardziej znany wynalazek CERN! na czym polegał wkład CERNu dlaczego CERN miał decydującą rolę 2. Komputery dla współczesnej fizyki GRID (i nie tylko) wymagania eksperymentów LHC selekcja danych w czasie rzeczywistym online problem ilości danych do dalszej analizy GRID idea, stan rozwoju na czym polega analiza danych 3. Polonica GRID w Polsce i Polscy programiści w CERNie 4. Podsumowanie o S. Gadomski, "CERN i komputery",

3 Internet przed wynalezieniem WWW 1959, ARPANET, University of California, Los Angeles , pierwsze sieci międzynarodowe i międzykontynentalne (np. dla poczty) 1983 sieć dla nauki (National Science Foundation, USA) już obecny protokół wymiany informacji (TCP/IP) koniec lat 80-tych internet szeroko używany przez fizyków cząstek podłączone większe laboratoria (CERN, DESY) i niektóre uniwersytety t z Krakowa przez telefon międzynarodowy do CERN, każda minuta cenna S. Gadomski, "CERN i komputery",

4 Internet przed wynalezieniem WWW (2) Możliwości internetu w końcu lat 80-tych Poczta elektroniczna (pine) Przesyłanie danych (ftp) kontakt z użytkownikiem czysto tekstowy S. Gadomski, "CERN i komputery",

5 Wynalazek WWW 1989, CERN, początki wielkiej zmiany CERN jet najbardziej aktywnym centrum internetu w Europie Tim Berners-Lee proponuje połączenie istniejącego standardu (hypertext) i internetu dla potrzeb wymiany informacji (dotyczącej ą detektorów, akceleratorów, oprogramowania, organizacji i.t.p.) Robert Caillau i plan bardziej formalny S. Gadomski, "CERN i komputery",

6 Wynalazek WWW (2) , pierwsze prototypy w CERN Pierwszy ``server WWW Szkic architektury Tim Berners-Lee 1989 S. Gadomski, "CERN i komputery",

7 Rozwój WWW 1991 WWW dostępne publicznie poza CERN 1993 deklaracja CERN o darmowym dostępie do technologii WWW 1993 pierwsza znana przeglądarka graficzna (Mosaic) University of Illinois, i USA, początki graficznych stron internetowych t 1995 przemysł (np. Microsoft) proponuje internet dla szerokiej publiczności 2005 ponad 11 miliardów stron internetowych na świecie Niespotykana wcześniej łatwość dostępu do informacji. NP. strona publiczna CERN Fenomen społeczny definiujący nasze czasy narodził się w CERNie. Potrzeba łatwej, globalnej i nieformalnej wymiany informacji, typowa dla fizyki cząstek, dała tak znaczący i nieoczekiwany efekt. S. Gadomski, "CERN i komputery",

8 Internet obecnie S. Gadomski, "CERN i komputery",

9 Komputery dla współczesnej fizyki GRID i nie tylko S. Gadomski, "CERN i komputery",

10 Komputery dla współczesnej fizyki wymagania Przy zderzeniach protonów na LHC interesujące nas nieznane jeszcze procesy będą rzadkie. cji reakc Częs stość Dlaczego? S. Gadomski, "CERN i komputery",

11 Produkcja bozonu Higgsa w zderzeniach protonów p q q W Z 0 μ + μ - H e + e - Z 0 W q p q Istotna jest energia składników oddziałujących protonów. Obydwa kwarki (lub gluony) muszą nieść dużą część energii protonów. To zdarza się ę rzadko. Trzeba wybierać zderzenia interesujące! S. Gadomski, "CERN i komputery",

12 Selekcja interesujących zderzeń. Zachować ć czy odrzucić? Odrzucić! S. Gadomski, "CERN i komputery",

13 muon Selekcja interesujących zderzeń. muon Zachować ć czy odrzucić? Zachować! supersymetria sy et u~ ~ d R L u + ~ χ d + ~ χ d + μ + μ + ~ χ 0 1 S. Gadomski, "CERN i komputery",

14 Selekcja danych przed rejestracją W eksperymencie ATLAS rejestrowane będzie jedno zderzenie na Selekcja danych w czasie rzeczywistym ( online online ) tj t.j. przed rejestracją. Selekcja częściowo ś w elektronice, częściowo ś na komputerach. System w budowie, docelowo około 2000 komputerów PC. Kupić komputery jak najpóźniej! Podwojenie szybkości co 1.2 roku... S. Gadomski, "CERN i komputery",

15 System selekcji danych ATLASa 40 MHz 75 khz ~3 khz RoI Builder L2 Supervisor L2 N/work L2 Proc Unit Event Filter Processors Trigger LVL1 H L T RoI LVL2 L2P ROIB Event Filter EFP EFP EFP EFP 40 MHz 2.5 μs RoI data = 1-2% ~ 10 ms L2SV L2N ~ sec Lvl1 acc = 75 khz RoI requests Lvl2 acc = ~3 khz ~4 GB/s EFacc = ~0.2 khz Calo MuTrCh Other detectors ROD ROD ROD 120 GB/s ROB ROB ROB ROS DFM EB SFI EFN SFO EBN DAQ D E T D A T A F L O W FE Pipelines Read-Out Drivers 120 GB/s Read-Out Links Read-Out Buffers Read-Out Sub-systems ~2+4 GB/s Dataflow Manager Event Building N/work Sub-Farm Input Event Builder Event Filter N/work Sub-Farm Output ~ 200 Hz ~ 300 MB/s S. Gadomski, "CERN i komputery",

16 Farma dla ATLASa w budowie pre-series system racks being prepared airandwaterfor and ~100 PCs cooling (1 Mega Watt) S. Gadomski, "CERN i komputery",

17 Farma komputerów do selekcji danych przed rejestracją Niezależność zderzeń (zwanych przypadkami przypadkami ) Jeden przypadek na jeden procesor - Cluster computing, wiele małych komputerów zamiast jednego super-komputera Linux panuje niepodzielnie i i S. Gadomski, "CERN i komputery",

18 Ilość rejestrowanych danych Po selekcji jednego zderzenia na ilość danych do zapisania i do dalszej analizy nadal stanowi problem. ATLAS: 300 MB/s, około 3 PB (3*10 15 B) na rok gdyby pisać na CD byłoby ich 4 miliony (około 20 km na półkach) około ł 6000 typowych dysków (500 MB w 2007) 4 eksperymenty LHC mają produkować do 15 PB na rok S. Gadomski, "CERN i komputery",

19 Globalna współpraca nad analizą danych S. Gadomski, "CERN i komputery",

20 Rozwiązanie (w budowie) - GRID Co to jest GRID? internet (i WWW) umożliwiają globaly dostęp do informacji GRID ma umożliwić korzystanie z zasobów (przechowanie danych i procesory do ich przetwarzania) rozproszonych globalnie. fizyka cząstek jest jedną z zainteresowanych dziedzin nauki S. Gadomski, "CERN i komputery",

21 Historia GRIDu prehistoria w latach 70-tych idea porzucona w 80-tych (względy bezpieczeństwa) termin GRID w latach 90tych, analogia do sieci elektrycznej nikt nie musi wiedzieć skąd pochodzi prąd zasilający jego lampę Ian Foster, Carl Kesselman, Steve Tueck - ojcowie GRIDu projekt Globus (Chicago, 1997) obecne projekty używają ich narzędzi S. Gadomski, "CERN i komputery",

22 GRID: komputery, sieci, oprogramowanie Oprogramowanie ( GRID middleware ) identyfikacja użytkownika certyfikaty i organizacje wirtualne zarządzanie zasobami (moc obliczeniowa i miejsce na dane) przepływ danych przepływ zadań obliczeniowych S. Gadomski, "CERN i komputery",

23 GRID widziany na żywo demo LCG monitor in Google Earth S. Gadomski, "CERN i komputery",

24 Ośrodki GRID w Europie S. Gadomski, "CERN i komputery",

25 GRID dla eksperymentów na LHC LHC Coputing GRID (LCG) współpraca centrów obliczeniowych i CERN jako Tier 0 11 Tier 1 każdy Tier 1 ma kilka Tier 2 komputery w instytutach badawczych jako Tier 3 S. Gadomski, "CERN i komputery",

26 Przebudowa centrum obliczeniowego w CERN rola dla eksperymentów kilka lat temu obecnie S. Gadomski, "CERN i komputery",

27 Komputery do analizy danych w Genewie Tier 2 k. Lugano (po drugiej stronie Alp) Lokalne farmy Tier 3 na uniwersytetach w Genewie i w Bernie 30 PC + dwa serwery Linux S. Gadomski, "CERN i komputery",

28 Kwestie praktyczne na co dzień Stabilność GRIDu kłopoty z przepływem danych informacja dla użytkownika Trzy GRIDy (Europa, USA, kraje skandynawskie ki i Szwajcaria) różne oprogramowanie obecnie praca nad unifikacją (przepływ danych i zadań) Jakość i stan dokumentacji oprogramowania produkowanego przez eksperymenty. Prototypy! System w budowie! S. Gadomski, "CERN i komputery",

29 Planowany wzrost zasobów WLCG Tier-1 Evolution Tier-2 Growth MSI2K PetaBytes s. MSI2K PetaBytes Year Year CPU (MSI2K) Disk (PB) Tape (PB) CPU (MSI2K) Disk (PB) 0 S. Gadomski, "CERN i komputery",

30 Ośrodki uczestniczące w światowej prototypowej sieci LCG ( ) We wrześniu 2003 ACK Cyfronet był pomiędzy pierwszymi 14 ośrodkami, z trzech kontynentów, które stworzyły prototyp wspólnej światowej sieci komputerowej dla fizyki around the world around the clock S. Gadomski, "CERN i komputery",

31 Polska infrastruktura WLCG GDAŃSK KOSZALIN OLSZTYN BASNET 34 Mb/s Tier1 FZK Karlsruhe GÉANT Gb/s SZCZECIN Gorzów POZNAŃ Tier2 PCSS Poznań ZIELONA GÓRA BYDGOSZCZ TORUŃ HEP VLAN 1 Gb/s ŁÓDŹ BIAŁYSTOK Tier2 ICM Warszawa WARSZAWA PIONIER S FIBERS 2 x 10 Gb/s 10 Gb/s (1 lambda) CBDF 10 Gb/s WROCŁAW HEP VLAN 1 Gb/s CZĘSTOCHOWA O OPOLE KATOWICE RADOM KIELCE Tier2 ACK Cyfronet Kraków Bielsko-Biała KRAKÓW PUŁAWY LUBLIN RZESZÓW 1 Gb/s CESNET, SANET MAN S. Gadomski, "CERN i komputery",

32 Polska infrastruktura WLCG Tier2: ACK Cyfronet ICM PSNC Trzy centra komputerowe uczestniczą w tworzeniu polskiego lki Tier2 2(jk (jako część polskiego lki EGEEROC) ACC Cyfronet Cracow ~200 procesorów Pentium, dyski ~10 TB połączenie ł do PSNC via 1 Gbs HEP VLAN ICM Warszawa ~270 procesorów AMD-64, dyski ~19 TB połączenie do PSNC via 1 Gbs HEP VLAN PSNC Poznań ~270 procesorów AMD-64 i IA-64, 3 TB połączenie do GEANT i DFN 10 Gbs W strukturze WLCG polski Tier2 jest połączony do Tier1 w FZK Karlsruhe Tier3 w instytutach FWE Krakowa i Warszawy Cracow-CYFRONET Poznan-PSNC Warsaw-ICM S. Gadomski, "CERN i komputery",

33 Projekt CROSSGRID Cyfronet w Krakowie (prof.m.turała) kierował projektem CrossGrid S. Gadomski, "CERN i komputery",

34 Co te wszystkie komputery będą robić? Analiza danych w fizyce cząstek. ą S. Gadomski, "CERN i komputery",

35 Analiza danych pierwszy stopień surowe dane z elektroniki eksperymentu do punktów w przestrzeni przez informacje lokalne (punkt na płytce krzemu) 35

36 Analiza danych, dalsze stopnie rekonstrukcja torów cząstek i depozytów energii rozpoznanie cząstek, które powstały w zderzeniu (elektron, foton, mion) S. Gadomski, "CERN i komputery",

37 proces powtarzany wielokrotnie zrozumienie detektora i systemu selekcji zajmuje często kilka lat symulacja komputerowa jest porównywana z danymi weryfikacja Analiza i symulacja dane symulacja (założenia) rekonstrukcja i analiza symulacja wynik wynik i i porównanie, weryfikacja S. Gadomski, "CERN i komputery",

38 Pojedynczy przypadek nic nie znaczy Ilo ość przy ypadkó ów ATLAS 100 fb -1 oczekiwany (hipotetyczny) sygnał (pochodzący od cząstki Higgsa) H γγ Masa cząstki S. Gadomski, "CERN i komputery",

39 Podsumowanie Internet w obecnej postaci (WWW) jest produktem ubocznym badań w CERNie. Środowisko fizyków cząstek odegrało rolę społeczeństwa przyszłości w miniaturze. Eksperymenty na LHC będą produkować ć ogromną ilość danych. Interesujące zderzenia są rzadkie. Rejestrowane 1 zderzenie na około Nadal wielka ilość danych. Analiza na całym świecie. GRID... S. Gadomski, "CERN i komputery",

40 backup slides S. Gadomski, "CERN i komputery",

41 Rozwój projektów Grid owych Definicje Grid u Grid to usługa polegająca na dzieleniu zasobów obliczeniowych i gromadzenia danych poprzez Internet. Jednak Grid to nie tylko prosta komunikacja między komputerami, ale celem jest połączenie komputerów rozmieszczonych w sieci w jeden system obliczeniowy. (Internet Cafe) Grid komputerowy to infrastruktura hardware i software, która zapewnia dostęp do zależnych, jednolitych, stabilnych i tanich mocy obliczeniowych wysokiej klasy Korzystanie z Gridu komputerowego wymaga skoordynowanego wykorzystywania zasobów i rozwiązywania problemów z pomocą dynamicznych, wieloinstytucyjnych wirtualnych organizacji. (I. Foster, C. Kasselman, S. Tuecke) GRID = Globalisation de Ressources Informatiques et Donnees (M. Cosnard) S. Gadomski, "CERN i komputery",

42 The ATLAS detector 1800 physicists 150 institutes size of the detector t length 46 m diameter 25 m weight 7000 T S. Gadomski, "CERN i komputery", Simulation of a H μμ ee event in ATLAS

43 0 0* H ZZ mmee S. Gadomski, "CERN i komputery",

44 Super Symmetry (SUSY) u% u + c% R 0 1 u % % 0 R u + c1 S. Gadomski, "CERN i komputery",

45 Black Hole S. Gadomski, "CERN i komputery",

46 Online selection menu table Object Physics coverage Trigger Object Electrons Higgs, new gauge bosons, extra dim., SUSY, W/Z, top e25i, 2e15i, e60 Photons Higgs, SUSY, extra dim. γ60, 2γ20i20i Muons Higgs, new gauge bosons, extra dim., SUSY, W/Z, top μ20i, 2μ10 Jets SUSY, compositness, resonances j400, 2j350,3j165, 4j110 Jets+E T miss SUSY, leptoquarks j70+xe70 Tau+missEt Extended Higgs models (e.g. MSSM), τ35i+xe45 SUSY Need to operate, understand and tune the trigger selection. A flexible system. Also quite complex. Our contribution can make a difference! S. Gadomski, "CERN i komputery",

47 Sensitivity with random trigger Let us say we allow 1% of events with random trigger At L = cm -2 s -1 need σ =20nbto get 100 events/year. 20 nb It is not black and white because there are also prescaled triggers. The system is flexible, LVL1 is configurable, LVL2 and EF are in software. You can change what data ATLAS will take! S. Gadomski, "CERN i komputery",

48 GeV p-p L=10 29 cm -2 s -1 November / December 2007 W eν Z ee [Data taking efficiency (machine x detector) of 30% included Efficiency i of all analysis cuts included] d] After one month of data taking, 10 W eν and one Z ee expected. Better focus on low/medium P t Standard Model physics Minimum Bias (~10 khz) or QCD jets S. Gadomski, "CERN i komputery",

49 Komputery do analizy danych w Bernie B.K.Gjelsten S.Haug C.Topfel S. Gadomski, "CERN i komputery",