S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20071 CERN i komputery dr hab. Szymon Gadomski Uniwersytet Genewski i Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie.

Prezentacja na temat: "S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20071 CERN i komputery dr hab. Szymon Gadomski Uniwersytet Genewski i Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie."— Zapis prezentacji:

1 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20071 CERN i komputery dr hab. Szymon Gadomski Uniwersytet Genewski i Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie

2 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20072 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

3 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20073 Internet przed wynalezieniem WWW 1959, ARPANET, University of 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 –z Krakowa przez telefon międzynarodowy do CERN, każda minuta cenna

4 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20074 Internet przed wynalezieniem WWW (2) Możliwości internetu w końcu lat 80-tych Poczta elektroniczna (pine)Przesyłanie danych (ftp) kontakt z użytkownikiem czysto tekstowy

5 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20075 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 detektorów, akceleratorów, oprogramowania, organizacji i.t.p.) –Robert Caillau i plan bardziej formalny

6 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20076 Wynalazek WWW (2) 1989 – 1991, pierwsze prototypy w CERN Pierwszy ``server’’ WWW Szkic architektury Tim Berners-Lee 1989

7 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20077 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, USA, początki graficznych stron internetowych 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 CERNstrona 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.

8 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20078 Internet obecnie

9 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.20079 Komputery dla współczesnej fizyki GRID i nie tylko

10 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200710 Komputery dla współczesnej fizyki Częstość reakcji – wymagania Przy zderzeniach protonów na LHC interesujące nas nieznane jeszcze procesy będą rzadkie. Dlaczego?

11 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200711 Produkcja bozonu Higgsa w zderzeniach protonów Z0Z0 Z0Z0 pp q q q q H WW e+e+ e-e- -- ++ Istotna jest energia składników oddziałujących protonów. Obydwa kwarki (lub gluony) muszą nieść dużą część energii protonów. To zdarza się rzadko. Trzeba wybierać zderzenia interesujące!

12 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200712 Odrzucić! Selekcja interesujących zderzeń. Zachować czy odrzucić?

13 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200713 supersymetria muon Zachować! Selekcja interesujących zderzeń. Zachować czy odrzucić?

14 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200714 Selekcja danych przed rejestracją W eksperymencie ATLAS rejestrowane będzie jedno zderzenie na 200 000. Selekcja danych „w czasie rzeczywistym” („online”) t.j. przed rejestracją. Selekcja częściowo w elektronice, częściowo na komputerach. System w budowie, docelowo około 2000 komputerów PC. Kupić komputery jak najpóźniej! Podwojenie szybkości co 1.2 roku...

15 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200715 LVL1 System selekcji danych ATLASa 40 MHz 75 kHz ~3 kHz ~ 200 Hz 120 GB/s ~ 300 MB/s ~2+4 GB/s TriggerDAQ 2.5  s Calo MuTrCh Other detectors FE Pipelines RoI Lvl1 acc = 75 kHz 40 MHz Read-Out Sub-systems Event Building N/work DATAFLOWDATAFLOW EB ROS HLTHLT LVL2 ~ 10 ms SFI SFO EBN EFN Read-Out Drivers Dataflow Manager Sub-Farm Input Sub-Farm Output Event Filter N/work ROIB L2P L2SV L2N Event Filter DFM EFP RoI Builder L2 Supervisor L2 N/work L2 Proc Unit RoI data = 1-2% RoI requests Lvl2 acc = ~3 kHz ~ sec Event Filter Processors 120 GB/s ~4 GB/s EFacc = ~0.2 kHz Read-Out Buffers Read-Out Links Event Builder DETDET ROD ROB

16 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200716 “pre-series” system ~100 PCs racks being preparedair and water for cooling (1 Mega Watt) „Farma” dla ATLASa w budowie

17 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200717 „Farma” komputerów do selekcji danych przed rejestracją Niezależność zderzeń (zwanych „przypadkami”) Jeden przypadek na jeden procesor - „Cluster computing”, wiele małych komputerów zamiast jednego super-komputera Linux panuje niepodzielnie

18 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200718 Ilość rejestrowanych danych Po selekcji jednego zderzenia na 200 000 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 6000 typowych dysków (500 MB w 2007) 4 eksperymenty LHC mają produkować do 15 PB na rok

19 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200719 Globalna współpraca nad analizą danych

20 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200720 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

21 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200721 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

22 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200722 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

23 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200723 GRID widziany „na żywo” demo LCG monitor in Google Earth

24 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200724 Ośrodki GRID w Europie

25 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200725 GRID dla eksperymentów na LHC LHC Coputing GRID (LCG) współpraca centrów obliczeniowych CERN jako „Tier 0” 11 „Tier 1” każdy „Tier 1” ma kilka „Tier 2” komputery w instytutach badawczych jako „Tier 3”

26 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200726 Przebudowa centrum obliczeniowego w CERN rola dla eksperymentów kilka lat temu obecnie

27 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200727 Komputery do analizy danych w Genewie 30 PC + dwa serwery “Tier 2” k. Lugano (po drugiej stronie Alp) Lokalne farmy “Tier 3” na uniwersytetach w Genewie i w Bernie Linux

28 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200728 Kwestie praktyczne „na co dzień” Stabilność GRIDu –kłopoty z przepływem danych –informacja dla użytkownika Trzy GRIDy (Europa, USA, kraje skandynawskie i Szwajcaria) –różne oprogramowanie –obecnie praca nad unifikacją (przepływ danych i zadań) Jakość i stan dokumentacji oprogramowania produkowanego przez eksperymenty. Prototypy! System w budowie!

29 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200729 Planowany wzrost zasobów WLCG

30 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200730 „around the world  around the clock” Ośrodki uczestniczące w światowej prototypowej sieci LCG (2003-05) We wrześniu 2003 ACK Cyfronet był pomiędzy pierwszymi 14 ośrodkami, z trzech kontynentów, które stworzyły prototyp wspólnej światowej sieci komputerowej dla fizyki

31 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200731 GTS 1,6 Gb/s GDAŃSK POZNAŃ ZIELONA GÓRA KATOWICE KRAKÓW LUBLIN WARSZAWA BYDGOSZCZ TORUŃ CZĘSTOCHOWA BIAŁYSTOK OLSZTYN RZESZÓW Bielsko-Biała GÉANT 10+10 Gb/s KOSZALIN SZCZECIN WROCŁAW ŁÓDŹ KIELCE PUŁAWY OPOLE RADOM BASNET 34 Mb/s CESNET, SANET GÉANT / TELIA 2x2,5 Gb/s DFN 10 Gb/s Gorzów MAN 10 Gb/s (1 lambda) 2 x 10 Gb/s 1 Gb/s CBDF 10 Gb/s PIONIER’S FIBERS Polska infrastruktura WLCG Tier1 FZK Karlsruhe Tier2 PCSS Poznań Tier2 ICM Warszawa Tier2 ACK Cyfronet Kraków HEP VLAN 1 Gb/s HEP VLAN 1 Gb/s

32 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200732 Polska infrastruktura WLCG Tier2: ACK Cyfronet – ICM – PSNC Trzy centra komputerowe uczestniczą w tworzeniu polskiego Tier2 (jako część polskiego EGEE ROC) ACC Cyfronet Cracow ~200 procesorów Pentium, dyski ~10 TB połączenie 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 Warsaw-ICM Cracow-CYFRONET Poznan-PSNC

33 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200733 Projekt CROSSGRID Cyfronet w Krakowie (prof.M.Turała) kierował projektem CrossGrid

34 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200734 Co te wszystkie komputery będą robić? Analiza danych w fizyce cząstek.

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

36 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200736 Analiza danych, dalsze stopnie rekonstrukcja torów cząstek i depozytów energii rozpoznanie cząstek, które powstały w zderzeniu (elektron, foton, mion)

37 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200737 Analiza i symulacja proces powtarzany wielokrotnie zrozumienie detektora i systemu selekcji zajmuje często kilka lat symulacja komputerowa jest porównywana z danymi  weryfikacja dane rekonstrukcja i analiza symulacja (założenia) wynik i porównanie, weryfikacja

38 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200738 Pojedynczy “przypadek” nic nie znaczy 100 fb -1 ATLAS oczekiwany (hipotetyczny) sygnał (pochodzący od cząstki Higgsa) H  Masa cząstki Ilość przypadków

39 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200739 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 ogromną ilość danych. Interesujące zderzenia są rzadkie. Rejestrowane 1 zderzenie na około 200 000. Nadal wielka ilość danych. Analiza na całym świecie. GRID...

40 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200740 backup slides

41 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200741 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, wielo- instytucyjnych wirtualnych organizacji”. (I. Foster, C. Kasselman, S. Tuecke) GRID = Globalisation de Ressources Informatiques et Donnees (M. Cosnard)

42 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200742 Simulation of a H   ee event in ATLAS The ATLAS detector 1800 physicists 150 institutes size of the detector length 46 m diameter 25 m weight 7000 T

43 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200743

44 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200744 Super Symmetry (SUSY)

45 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200745 Black Hole

46 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200746 Online selection “menu” table ObjectPhysics coverageTrigger Object ElectronsHiggs, new gauge bosons, extra dim., SUSY, W/Z, top e25i, 2e15i, e60 PhotonsHiggs, SUSY, extra dim.  60,  20i MuonsHiggs, new gauge bosons, extra dim., SUSY, W/Z, top  20i, 2  JetsSUSY, compositness, resonancesj400, 2j350,3j165, 4j110 Jets+E T miss SUSY, leptoquarksj70+xE70 Tau+missEtExtended Higgs models (e.g. MSSM), SUSY  35i+xE45 Need to operate, understand and tune the trigger selection. A flexible system. Also quite complex. Our contribution can make a difference!

47 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200747 Sensitivity with random trigger Let us say we allow 1% of events with random trigger At L = 10 34 cm -2 s -1 need  = 20 nb to get 100 events/year. 20 nb It is not black and white because there are also pre- scaled triggers. The system is flexible, LVL1 is configurable, LVL2 and EF are in software. You can change what data ATLAS will take!

48 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200748 450 + 450 GeV p-p collisions @ L=10 29 cm -2 s -1 W  e Z  ee [Data taking efficiency (machine x detector) of 30% included Efficiency of all analysis cuts included] After one month of data taking, 10 W  e and one Z  ee expected. Better focus on low/medium P t Standard Model physics Minimum Bias (~10 kHz) or QCD jets November / December 2007

49 S. Gadomski, "CERN i komputery", 19.04.200749 Komputery do analizy danych w Bernie B.K.Gjelsten S.Haug C.Topfel