Programowanie dla Wielkiego Zderzacza Hadronów Wojciech Broniowski Instytut Fizyki Jądrowej PAN Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach Universytet Pedagogiczny, 30.11.01 WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
I. LHC WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 /
LHC WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 3 /
Ciekawostki Największa maszyna zbudowana przez Człowieka, 00 rok, mld SFR Tunel 7 km, do 175 m pod ziemią Przeciwbieżne wiązki protonów przyspieszane do 0.999999 c 13 magnesy nadprzewodzące zimniejsze (1.9 K, nadciekły hel) niż temperatura przestrzeni kosmicznej (.7 K) Ciśnienie w jonowodach dziesięć razy mniejsze niż na Księżycu (10 10 mm Hg, ultrawysoka próżnia) Masa magnesu detektora CMS = 10 000 ton (> wieża Eiffla) Zderzenia generują temperatury 3 10 1 K, tj. 100 000 razy więcej niż we wnętrzu Słońca warunki zaraz po Wielkim Wybuchu ( Małe Wybuchy ) Obrazowanie 3D w detektorach tysięcy tworzonych cząstek 10 9 zderzeń na sekundę systemy filtrowania (trygerowania) zapisywanie ok. 100-00 zderzeń na sekundę Energia 1 TeV to energia kinetyczna komara, ale LHC ściska tę energię w objętość bilion razy mniejszą od komara WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 /
Jak działa LHC? [https://www.youtube.com/watch?v=0piohlxec9] WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 5 /
Jeden z detektorów: ALICE P. Vande Vyvre - CERN/PH 3 UK DTI - 30 June '0 WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 /
Wyzwania informatyczne przy akwizycji i danych [LHC Run I (010-013)] Event rate (Hz) 10 10 5 LHC Challenge LHCb (High L1 Trigger) ATLAS, CMS (High Readout Bandwidth) 10 KLOE 10 3 CDF H1, ZEUS ALICE (High Archive Bandwidth) 10 UA1 NA9 10 1 LEP 10 10 5 10 10 7 10 Event Size (Byte) UK DTI - 30 June '0 19 P. Vande Vyvre - CERN/PH WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 7 /
Wyzwania informatyczne przy akwizycji i danych [LHC Run I (010-013)] Trigger & DAQ logical model Detector Digitizers Trigger Level 0,1 Decision Front-end Pipeline/Buffer Trigger Level High-Level Trigger Decision Decision Data Readout Buffer Detector Data Link (DDL) Sub-event Buffer Local Data Concentrators (LDC) Event-Building Network Event Buffer Global Data Collectors (GDC) Transient Data Storage (TDS) Storage network Permanent Data Storage (PDS) P. Vande Vyvre - CERN/PH 1 UK DTI - 30 June '0 WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 7 /
Wyzwania informatyczne przy akwizycji i danych [LHC Run I (010-013)] ALICE DAQ @ LHC Event Readout Size (HLT input) (Byte) (Events/s.) (GB/s) Pb-Pb 5x10 7 x10 3 5 ATLAS pp 10 x10 3 10 CMS pp 10 10 5 100 LHCb pp x10 5 0x10 UK DTI - 30 June '0 17 P. Vande Vyvre - CERN/PH WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 7 /
Wyzwania informatyczne przy akwizycji i danych [LHC Run I (010-013)] ALICE Mass Storage @ LHC Readout (HLT output) (Events/s.) (MB/s) Data archived Total/year (PBytes) Pb-Pb 00 150.3 ATLAS pp 100 100.0 CMS pp 100 100 3.0 LHCb pp 00 0 1.0 UK DTI - 30 June '0 1 P. Vande Vyvre - CERN/PH WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 7 /
Wyzwania informatyczne przy akwizycji i danych [LHC Run I (010-013)] WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 7 /
Porównanie [Peta = bilion= 10 1 = 1000 Tera] Facebook: 00 PB rocznie Cały Youtube: 00 PBd dane LHC: 100 PB (mniej niż sieci społecznościowe) WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 /
Poziomy centrów danych (GRID) 3 tier- w Polsce WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 9 /
350 000 rdzeni CPU WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 10 /
Wyniki/odkrycia fizyczne Jest cząstka Higgsa (01) o masie 1 GeV Nie widać czastek supersymetrycznych Potwierdzenie tworzenia plazmy kwarkowo-gluonowej WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 11 /
II. Ultrarelatywistyczne zderzenia jądrowe WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
Nierelatywistyczne zderzenia pocisku z różnymi tarczami WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 13 /
WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
Plazma kwarkowo-gluonowa Dwa zjawiska: Przepływ kolektywny Tłumienie dżetów WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 15 /
3 etapy czas partony termalizacja plazma kwarkowo gluonowa wymrożenie hadrony Każdy etap wymaga intensywnego modelowania komputerowego WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
Uczestnicy i widzowie WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 17 /
Struny WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 17 /
Zachowanie kształtu w kier. podłużnym WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 17 /
Przepływ kolektywny Ściśnięcie ekspansja WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
Przepływ kolektywny Przepływ eliptyczny WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
Przepływ kolektywny Niezbędne oddziaływania (przetworzenie kształtu na przepływ) WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
Zjawisko grzbietu w korelacjach dwucząstkowych Kolimacja przód - tył WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 19 /
Zjawisko grzbietu w korelacjach dwucząstkowych... jak u surferrów! WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 19 /
Zjawisko grzbietu w korelacjach dwucząstkowych 30 0% ] GeV 3 C [10 5 0 15 10 5 0 1.5 1 0.5 η 0 0.5 1 1.5 1 0 1 φ 3 5 Grzbiet (symulacja w modelu, podobnie w doświadczeniu) ( ) φ - kąt azymutalny w płaszczyźnie poprzecznej, η = 1 log p +p p p Występuje też w zderzeniach proton-proton o dużej krotności (!) WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 19 /
Relatywistyczna hydrodynamika (+1D) Zderzenia centralne (0-0%) [M. Chojnacki, W. Florkowski] Czułość na war. początkowe, równ. stanu, współczynniki kinetyczne (lepkość,...) WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 0 /
Relatywistyczna hydrodynamika (+1D) Zderzenia niecentralne (0-0%) [M. Chojnacki, W. Florkowski] WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 0 /
Fluktuacje warunku początkowego [P. Bożek, WB] Dwa zderzenia o tej samej liczbie uczestników (N W = 100) Różny rozmiar i kształt wyższe składowe harmoniczne przepływu Konieczność hydrodynamiki zderzenie po zderzeniu, 3+1D, lepkiej tysiące godz. CPU WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 1 /
Rola lepkości y[fm] 0 = 0.5 fm/c, ideal 350 300 50 00 150 100 50 y[fm] 0 = 0.5 fm/c, shear 350 300 50 00 150 100 50 y[fm] 0 = 0.5 fm/c, shear/bulk 350 300 50 00 150 100 50 5 0 5 x[fm] 5 0 5 x[fm] 5 0 5 x[fm] = fm/c, ideal = fm/c, shear = fm/c, shear/bulk 35 35 35 30 30 30 5 5 5 y[fm] 0 0 15 y[fm] 0 0 15 y[fm] 0 0 15 10 10 10 5 5 5 5 0 5 x[fm] 5 0 5 x[fm] 5 0 5 x[fm] = fm/c, ideal = fm/c, shear = fm/c, shear/bulk 5 5 5 y[fm] 0 3 1 y[fm] 0 3 1 y[fm] 0 3 1 5 0 5 x[fm] 5 0 5 x[fm] 5 0 5 x[fm] y[fm] 0 = 10 fm/c, ideal 5 0 5 x[fm] 0.7 0. 0.5 0. 0.3 0. 0.1 y[fm] 0 = 10 fm/c, shear 5 0 5 x[fm] 0.7 0. 0.5 0. 0.3 0. 0.1 y[fm] 0 = 10 fm/c, shear/bulk 5 0 5 x[fm] [D. Bazow, U. Heinz, M. Strickland, arxiv:10.0577] 0.7 0. 0.5 0. 0.3 0. 0.1 WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 /
CUDA/GPU Nvidia: Compute Unified Device Architecture Number of grid points C/CPU CUDA/GPU Speedup (ms/step) (ms/step) 1 1 3 715.97 3.1 11.90 1 1 13937.9 13.57 11.33 1 1 1 30717.37.50 15.59 5 5 3 593.57 3.593 109.17 5 5 5737.11 7.391 11. 5 5 1 1939.959 939.30 137.5 5 5 5.59 15.1 13.99 [D. Bazow, U. Heinz, M. Strickland, arxiv:10.0577] Przyspieszenie o rzędy wielkości! WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 3 /
Nasze kody 1 Wczesna faza: GLISSANDO Hydrodynamika (W. Florkowski, P. Bożek, M. Chojnacki, R. Ryblewski) 3 Wymrożenie/hadronizacja SHARE, THERMINATOR WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 /
Podsumowanie WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 5 /
Podsumowanie LHC nowe wyzwania dla informatyki Fizyka wymaga precyzyjnego modelowania, aby odnieść się do pytań o własności plazmy kwarkowo-gluonowej Jaki jest warunek początkowy? nieperturbacyjna chromodynamika, kolorowy kondensat szklany, hipoteza AdS/CFT,... Nowe technologie obliczeniowe, CUDA/GPU [B. Schenke https://quark.phy.bnl.gov/ bschenke] WB (IFJ PAN & UJK) Programowanie dla LHC UP, 30.11 /