CERN i komputery

Komentarze

Transkrypt

CERN i komputery
CERN i komputery
dr hab
hab. Szymon
S mon Gadomski
Uniwersytet Genewski
i IFJ PAN w Krakowie
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
1
Komputery w CERN - WWW i GRID
1 Historia WWW (wynalazek CERN)
1.
– na czym polegał wkład CERNu
– dlaczego CERN odegrał 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,
idea stan rozwoju
na czym polega analiza danych
3 Polonica
3.
– GRID w Polsce i Polscy programiści w CERNie
4. Podsumowanie
odsu o a e
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
2
Internet przed wynalezieniem WWW
•
•
•
•
1959, ARPANET,
1959
ARPANET University of California
California, Los Angeles
1978 – 1981, 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
i
t t
– z Krakowa przez telefon międzynarodowy do CERN, każda
minuta cenna
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
3
Internet przed wynalezieniem WWW (2)
• Możliwości internetu w końcu lat 80-tych
80 tych
Poczta elektroniczna (pine)
Przesyłanie danych (ftp)
kontakt z użytkownikiem czysto tekstowy
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
4
Wynalazek WWW
• 1989, CERN, początki WWW
–
–
najbardziej aktywe centrum internetu w
Europie
duża rotacja personelu (nadal)
• Tim Berners-Lee
Berners Lee proponuje “data
data
management system” - połączenie
istniejącego standardu opisu informacji
(hypertext) i internetu - dla potrzeb
CERNu i eksperymentów
• Robert
R b tC
Caillau,
ill
plan
l projektu
j kt
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
5
Wynalazek
y
WWW ((2))
1989 – 1991, pierwsze
p
prototypy w CERN
Pierwszy ``server’’ WWW
Szkic architektury
Tim Berners
Berners-Lee
Lee
1989
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
6
Rozwój WWW
1991 – WWW dostępne
ęp p
publicznie p
poza CERN
1993 – deklaracja CERN o darmowym dostępie do technologii WWW
1993 – pierwsza znana przeglądarka graficzna (Mosaic) University of
Illinois USA
Illinois,
USA, początki graficznych stron internetowych
1995 – przemysł (np. Microsoft) proponuje internet dla szerokiej
publiczności
2005 – index
i d 19
19.2
2 miliardów
ili dó stron
t
iinterenetowych
t
t
h (Yahoo)
(Y h )
2007 – prawdopodobnie około 30 miliardów stron
Niespotykana wcześniej łatwość dostępu do informacji.
NP. strona publiczna CERN
Fenomen społeczny definiujący nasze czasy narodził się w CERNie
CERNie.
Potrzeba łatwej, globalnej i nieformalnej wymiany informacji, typowa dla
fizyki cząstek, dała tak znaczący (i nieoczekiwany) efekt.
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
7
Internet obecnie
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
8
Komputery dla współczesnej fizyki
GRID i nie tylko
y
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
9
Komputery dla współczesnej fizyki
Przy zderzeniach
protonów na
LHC interesujące
nas nieznane
jeszcze procesy
będą rzadkie.
Częs
stość reakc
cji
– wymagania
Dlaczego?
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
10
Produkcja bozonu Higgsa w zderzeniach protonów
e+
q
q
Z0
W
p
μ+
e-
H
Z0
W
q
q
p
μ-
Istotna jest energia składników oddziałujących protonów.
protonów
Obydwa kwarki (lub gluony) muszą nieść dużą część
energii
g protonów.
p
To zdarza się
ę rzadko.
Trzeba wybierać zderzenia interesujące!
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
11
Selekcja
interesujących
zderzeń.
Zachować
Z
h
ć
y
czy
odrzucić?
Odrzucić!
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
12
Selekcja
interesujących
zderzeń.
muon
muon
Zachować
Z
h
ć
y
czy
odrzucić?
Zachować!
supersymetria
supe
sy et a
u~R → u + χ~10
~
d L → d + χ~20 → d + μ + + μ − + χ~10
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
13
System selekcji danych ATLASa
Trigger
Calo
DAQ
MuTrCh Other detectors
40 MHz
40 MHz
2.5 μs
R
RoI
LVL1
75 kHz
LVL2
RoI Builder
L2 Supervisor
L2 N/work
L2 Proc Unit
H
L
~3 kHz
Lvl1 acc = 75 kHz
ROD
R I d
RoI
data = 1
1-2%
2%
~ 10 ms
ROIB
D
FE Pipelines
E
T
ROD
120
RoI
requests
Read-Out Buffers
ROB
ROB
ROB
L2SV
ROS
L2P
L2N
Lvl2 acc = ~3 kHz
~ sec
EFP
EFP
EFP
EFP
~4 GB/s
T Event Filter
EFacc = ~0.2 kHz
~ 200 Hz
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
Read Out Drivers
Read-Out
120 GB/s
Read-Out Links
GB/s
DFM
Event Filter
Processors
ROD
EBN
SFI
EB
D
A
T
A
F
L
O
W
Read-Out Sub-systems
~2+4 GB/s
Dataflow Manager
Event Building N/work
Sub-Farm Input
Event Builder
EFN
Event Filter N/work
SFO
Sub-Farm Output
~ 300 MB/s
14
Selekcja danych przed rejestracją
• W eksperymencie ATLAS rejestrowane będzie
jedno zderzenie na 200 000. Selekcja danych
„w
w czasie rzeczywistym”
rzeczywistym („online
( online”)) tt.j.
j przed
rejestracją.
• Selekcja
S l k j częściowo
ś i
w elektronice,
l kt i
częściowo
ś i
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", 22.05.2007
15
„„Farma” dla ATLASa w budowie
“pre-series”
pre-series system
~100 PCs
racks being prepared air and water for
cooling
(1 Mega Watt)
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
16
„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
Li
Linux
panuje
j niepodzielnie
i
d i l i
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
17
Ilość rejestrowanych danych
• Po selekcji jednego zderzenia na 200 000 ilość
danych do zapisania i do dalszej analizy nadal
stanowi problem.
problem
• ATLAS: 300 MB/s, około 3 PB (3*1015 B) na rok
– gdyby pisać na CD byłoby ich 4 miliony (około 20 km
na półkach)
– około
k ł 6000 ttypowych
hd
dysków
kó (500 MB w 2007)
• 4 eksperymenty LHC mają produkować do 15 PB
na rok
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
18
Globalna współpraca nad analizą danych
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
19
Rozwiązanie (w budowie) - GRID
• internet (i WWW) umożliwiają globaly dostęp do
informacji
• GRID ma umożliwić
żli ić korzystanie
k
t i z zasobów
bó
(przechowanie danych i procesory do ich
przetwarzania)
t
i ) rozproszonych
h globalnie.
l b l i
• fizyka cząstek jest jedną z zainteresowanych
dziedzin nauki
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
20
Historia GRIDu
• prehistoria
p
w latach 70-tych
y
• idea porzucona w 80-tych (względy
bezpieczeństwa)
p
)
• termin GRID w latach 90tych, analogia do
sieci elektrycznej
y
j
– 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", 22.05.2007
21
GRID: komputery,
p
y, sieci,, oprogramowanie
p g
Oprogramowanie ((“GRID
GRID middleware”)
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", 22.05.2007
22
Ośrodki GRID w Europie
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
23
Ośrodki GRID w Ameryce PN
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
24
Ośrodki GRID w Azji i Oceanii
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
25
GRID dla eksperymentów na LHC
LHC Coputing GRID (LCG)
współpraca centrów
obliczeniowych
bli
i
h
CERN jako „Tier 0”
• 11 „Tier
Tier 1”
1
• każdy „Tier 1” ma
kilka „Tier 2”
• komputery w
instytutach
b d
badawczych
h jjako
k
„Tier 3”
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
26
Przebudowa centrum obliczeniowego
w CERN
rola dla eksperymentów
kilka lat temu
obecnie
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
27
Komputery do analizy danych
w Genewie
• “Tier 2” k. Lugano (po
drugiej stronie Alp)
• Lokalne farmy “Tier 3”
na uniwersytetach w
G
Genewie
i iwB
Bernie
i
30 PC
+ dwa serwery
Linux
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
28
Kwestie praktyczne „na
na co dzień”
dzień
• Stabilność GRIDu
– kłopoty z przepływem danych
– informacja dla użytkownika
• T
Trzy GRIDy
GRID (Europa,
(E
USA,
USA kraje
k j skandynawskie
k d
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", 22.05.2007
29
Planowany wzrost zasobów WLCG
Tier-1 Evolution
Tier-2
Tier
2 Growth
50
30.00
16.0
45
2.5
12.0
25
15.00
20
10.00
15
2
10.0
MSI2K.
30
PetaBytes
s.
20.00
8.0
1.5
6.0
PetaBytes
35
MSI2K..
14.0
25.00
40
3
1
4.0
10
5.00
5
0.5
2.0
0
0.00
2005
2006
2007
2008
0.0
0
2005
Year
2006
2007
2008
Year
CPU (MSI2K)
Di k (PB)
Disk
T
Tape
(PB)
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
CPU (MSI2K)
Disk (PB)
30
Grid w Polsce
We wrześniu 2003 ACK Cyfronet był pomiędzy pierwszymi
14 ośrodkami, z trzech kontynentów, które stworzyły
prototyp wspólnej światowej sieci komputerowej dla fizyki
Ośrodki uczestniczące w światowej prototypowej sieci LCG (2003-05)
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
31
Polska infrastruktura WLCG
GDAŃSK
KOSZALIN
OLSZTYN
Tier1 FZK
Karlsruhe
GÉANT 10+10 Gb/s
SZCZECIN
TORUŃ
BYDGOSZCZ
BASNET 34 Mb/s
BIAŁYSTOK
Gorzów
Tier2 PCSS
Poznań
POZNAŃ
Tier2 WARSZAWA
ICM
W
Warszawa
ZIELONA
GÓRA
ŁÓDŹ
RADOM
WROCŁAW
CZĘSTOCHOWA
C
ĘS OC O
PIONIER’S FIBERS
2 x 10 Gb/s
KIELCE
OPOLE
KATOWICE
10 Gb/s
Gb/
(1 lambda)
CBDF 10 Gb/s
Tier2 ACK
Cyfronet
KrakówKRAKÓW
PUŁAWY
LUBLIN
RZESZÓW
Bielsko-Biała
1 Gb/s
C S
CESNET,
S
SANET
MAN
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
32
Polska infrastruktura WLCG
Tier2: ACK Cyfronet – ICM – PSNC
Trzy centra komputerowe uczestniczą w tworzeniu
polskiego
l ki
Ti
Tier2
2 (j
(jako
k część
ść polskiego
l ki
EGEE ROC)
• ACC Cyfronet Cracow
• ~200 procesorów Pentium, dyski ~10 TB
Cracow-CYFRONET
• połączenie do PSNC via 1 Gbs HEP VLAN
• ICM Warszawa
• ~270 procesorów AMD-64, dyski ~19 TB
połączenie
ą
do PSNC via 1 Gbs HEP VLAN
•p
Poznan-PSNC
• 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
Warsaw-ICM
Kilkunastu polskich programistów obecnie
w CERN IT,
IT kilkudziesięciu pracowało.
pracowało
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
33
Projekt CROSSGRID
Cyfronet w Krakowie (prof.M.Turała)
kierował projektem CrossGrid
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
34
Co te wszystkie komputery będą
robić?
Analiza danych
y w fizyce
y cząstek.
ą
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
35
Analiza danych
y
pierwszy stopień
“s ro e” dan
“surowe”
dane
e
z elektroniki
eksperymentu
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
do punktów
w przestrzeni
przez informacje
lokalne (punkt na
płytce krzemu)
36
Analiza danych, dalsze stopnie
• rekonstrukcja
torów cząstek i
depozytów energii
• rozpoznanie
cząstek,
t k które
któ
powstały w
zderzeniu
d
i
(elektron, foton,
mion)
i )
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
37
Analiza i symulacja
• proces powtarzany
wielokrotnie
• zrozumienie
detektora i systemu
selekcji zajmuje
często kilka lat
• symulacja
komputerowa jest
porównywana
p
y
z
danymi ⇒
weryfikacja
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
d
dane
symulacja
(założenia)
rekonstrukcja i analiza
wynik
y
i
wynik
y
i
porównanie, weryfikacja
38
Symulacja
y
j
• jedno zderzenie wiązek
w ATLASie
• jjedna cząstka
ą
Higgsa
gg
• 25 oddziaływań protonproton
• 750 torów cząstek
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
39
Pojedynczy “przypadek”
przypadek nic nie znaczy
ATLAS
Ilo
ość przyypadkó
ów
100 fb-1
oczekiwany
(hipotetyczny)
sygnał
(pochodzący od
cząstki Higgsa)
H→γγ
Masa cząstki
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
40
Materiały dla nauczycieli i dla uczniów
• WWW
– co to jest WWW oraz internet, rola CERNu
•
http://press.web.cern.ch/Public/Content/Chapters/AboutCERN/Achievements/WorldWideWeb/WWW-en.html
– propozycja
j Ti
Tim B
Berners L
Lee, “Information
“I f
i management system”” (‘89)
• http://www.nic.funet.fi/index/FUNET/history/internet/w3c/proposal.html
• Selekcja danych w czasie rzeczywistym
– “Tryger” eksperymentu CMS
• http://cmsinfo.cern.ch/outreach/CMSdetectorInfo/Tridas/page1.html
• GRID
– popularyzacja “GRID Café”
• http://gridcafe.web.cern.ch/gridcafe/
– strona główna “LHC Computing GRID”
• http://lcg.web.cern.ch/LCG/
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
41
Podsumowanie
• Najpopularniejsze zastotowanie internetu (WWW) jest
“produktem ubocznym” badań w CERNie. Środowisko
fizyków
y
cząstek
ą
odegrało
g
rolę
ę społeczeństwa
p
przyszłości w miniaturze.
• Eksperymenty na LHC będą produkować ogromną ilość
danych. Interesujące zderzenia są rzadkie.
• Selekcja w czasie rzeczywistym (“online”), rejestrowane
1 zderzenie na około 200 000.
• Nadal wielka ilość danych, rzędu 10 PB (1016B) rocznie.
A li na całym
Analiza
ł
ś i i
świecie.
• GRID jako rozwiązanie (w stadium budowy).
S. Gadomski, "CERN i komputery", 22.05.2007
42

Podobne dokumenty