Компьютинг для БАК Рассказывает Пелеванюк Игорь 100

Компьютинг для БАК Рассказывает: Пелеванюк Игорь

100 лет назад … Опыт Резерфорда 03 ноября 2016 RLTP@CERN 3

100 лет назад … Счётчик гейгера Считает частицы До 10000 в секунду 100% электронов 1% гамма-квантов 03 ноября 2016 RLTP@CERN 4

80 лет назад … Камера Вильсона Только заряженые частицы 03 ноября 2016 RLTP@CERN 5

80 лет назад … Камера Вильсона Знак заряда R d w Диаметр d = Заряд q Интервал w Радиус R L = Скорость V = mи. V , q Длинна L = Энергия W 03 ноября 2016 RLTP@CERN 6

60 лет назад … Пузырьковая камера 03 ноября 2016 RLTP@CERN 7

60 лет назад … Пузырьковая камера Луис Альварес 03 ноября 2016 RLTP@CERN 8

50 лет назад … Пузырьковая камера 03 ноября 2016 RLTP@CERN 9

50 лет назад (ровно)… Именно производительность средств обработки экспериментальной информации будет, в конечном счёте, определять “производительность” физических исследований 6 августа 1966 03 ноября 2016 RLTP@CERN 10

40 лет назад … Пузырьковая камера Гаргамель 03 ноября 2016 RLTP@CERN 11

40 лет назад … Пузырьковая камера 6. 3 миллионов снимков за 11 лет работы Современные эксперименты набирают столько же за 2 часа. То что сейчас собирается за 1 секунду раньше собиралось за 13. 5 часов Big European Bubble Chamber 03 ноября 2016 RLTP@CERN 12

40 лет назад … Искровая камера 03 ноября 2016 RLTP@CERN 13

30 лет назад … Искровая камера UA 5 (CERN 1982) proton-antiproton event 03 ноября 2016 RLTP@CERN 14

Large Hadron Collider 1994 ATLAS 1995 ALICE 1997 CMS 199? LHCb 199? 03 ноября 2016 RLTP@CERN 15

ATLAS 13 видов детекторов ~100 млн. электронных каналов За один bunch-cross: ~20 столкновений ~40 млн bunch-cross / в 1 сек ~1 млд. столкновений в пике производительности Одно событие - 1. 6 MB Без фильтрации: 1. 6 MB * 1 000 000 = 1. 6 PB/sec Доступно: Запись на скорости 450 MB/s, Частота ~300 Hz В год < 4 PB 03 ноября 2016 RLTP@CERN 16

Бозон Bероятность появления Хиггса в конкретном событии на LHC: 10 -14 Т. е. при 1 миллиарде событий в сек бозон будет появляться чуть чаще чем раз в 3 часа С учётом ограничений, если инициировать считывание и запись данных с детектора случайным образом, вероятность записать событие возникающее с частотой 0. 00001 Hz равна 0 Т. о. нужно выкидывать 99. 9995% событий 03 ноября 2016 RLTP@CERN 17

ATLAS Triggers Нужно выбрать крайне редкие события (0. 00001 Hz, раз в 3 часа) из очень шумного фона (1 млд Hz) 1 из 100 трн ? ? 1 млд Hz Level 1 75000 Hz Level 2 03 ноября 2016 3000 Hz 300 Hz Level 3 RLTP@CERN 18

Сколько нужно событий? 03 ноября 2016 RLTP@CERN 19

5 sigma 03 ноября 2016 RLTP@CERN 20

5 sigma(100 coin flips) Expected number of heads = 50, uncertainty=5 0. 09 1σ Probability 0. 08 2σ 0. 07 3σ 0. 06 1σ – 68, 2% 2σ – 95, 5% 3σ – 99, 73% 4σ – 99, 993% 5σ – 99, 99994% 4σ 0. 05 >1σ – 1/3 >2σ – 1/22 >3σ – 1/370 >4σ – 1/14285 >5σ – 1/1666666 5σ 0. 04 0. 03 0. 02 0. 01 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Number of heads 03 ноября 2016 RLTP@CERN 21

5 sigma(1000 coin flips) Expected number of heads = 500, uncertainty~15 0. 03 Probability 1σ 0. 025 2σ 0. 025 0. 02 3σ 1000 0. 005 950 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 50 0 100 0. 01 900 0. 005 1σ – 1/3 2σ – 1/22 3σ – 1/370 4σ – 1/14285 5σ – 1/1666666 850 0. 015 0. 01 800 5σ 0. 015 0 1σ – 68, 2% 2σ – 95, 5% 3σ – 99, 73% 4σ – 99, 993% 5σ – 99, 99994% 4σ 750 0. 02 0 350 400 450 500 550 600 650 Number of heads 03 ноября 2016 RLTP@CERN 22

5 sigma с монеткой Как удостовериться, что монетка с двумя орлами действительно с двумя орлами если: 1. Нельзя держать в руках 2. Можно подбрасывать 3. Можно смотреть на результат? Считать! Но как долго? Предположим обратное, что монетка обычная, но нам очень сильно везёт и выпадают только орлы. 03 ноября 2016 RLTP@CERN 23

5 sigma с монеткой Если монетка обычная, то: 1 -й бросок(орёл) – 50% 1σ 2 -й бросок(тоже орёл) – 25% 3 -й бросок(во всех бросках будут орлы) – 12. 5% 4 -й бросок – 6. 25% 2σ 5 -й бросок – 3. 125% 6 -й бросок – 1. 5625% 7 -й бросок – 0. 78…% 8 -й бросок – 0. 39…% 3σ 9 -й бросок – 0. 19…% 10 -й бросок – 0. 097…% 1σ – 68, 2% 2σ – 95, 5% 3σ – 99, 73% 4σ – 99, 993% 5σ – 99, 99994% 14 -й бросок – 0. 006…% 4σ 21 -й бросок – 0. 00004…% 5σ 03 ноября 2016 RLTP@CERN 24

Назначение компьютинга Запись данных Реконструкция Долгое хранение Анализ Симуляция 03 ноября 2016 RLTP@CERN 25

1997 Internet users: 70 000 With speed 28. 8 kbps 03 ноября 2016 RLTP@CERN 26

Распределенная модель Почему? • Технические, финансовые, политические и социальные причины – Единый центр не может обеспечит ВСЕ необходимые ресурсы • Здания, энергия, охлаждение, финансовые затраты. . . – Само научное сообщество рассеяно по всей планете • Институты обладают вычислительными центрами – Финансирование тоже распределено Thanks to Julia Andreeva 27

GRID Work. Node 03 ноября 2016 RLTP@CERN 28

GRID Work. Node Middleware Work. Node 03 ноября 2016 RLTP@CERN 29

GRID Grid site 03 ноября 2016 RLTP@CERN 30

GRID Grid site Virtual organization 2 Grid site Virtual organization 1 03 ноября 2016 RLTP@CERN 31

GRID(сейчас) Middleware 03 ноября 2016 RLTP@CERN 32

Отличия Кластеры Облака Суперкомпьютеры 03 ноября 2016 RLTP@CERN 33

Вариант ГРИД Grid site Grid site 03 ноября 2016 RLTP@CERN 34

Иерархическая архитектура 15% Tier-0 (CERN): (15%) • Запись данных • Первичная реконструкция • Передача данных Tier-1 (13 centres): (40%) • Архивирование • Ре-процессинг • Анализ • Связь с Т 0 через 10 Gb Tier-2 (~160 centres): (45%) • Симуляция • Пользовательский анализ 45% 40% 35

Трудности Безопасность Передача данных Хранение данных Аккаунтинг Мониторинг Управление нагрузкой 03 ноября 2016 RLTP@CERN 36

World LHC Computing Grid Компьютерная инфраструктура, которая обеспечивает хранение, передачу и анализ данных с LHC 42 countries 170 computing centers 2 million jobs run every day 350 PB – Tapes 300 PB – Disks 623000 - Cores 03 ноября 2016 RLTP@CERN 37

03 ноября 2016 RLTP@CERN 38

Обо мне Игорь Пелеванюк Окончил - Университет «Дубна» Профессия – программист CERN Summer Student 2012 CERN Technical Student 2013 -2016 – CERN, IHEP(China) 03 ноября 2016 RLTP@CERN 39

«А что там у него в руках? » 03 ноября 2016 RLTP@CERN 40

Персонал • Физики • Программисты • Инженеры 03 ноября 2016 RLTP@CERN 41

References ATALS Facts - https: //espace. cern. ch/cernguides/Documents/atlas-fact%20 sheets. pdf Gargamelle http: //cds. cern. ch/record/1069969? ln=en 03 ноября 2016 RLTP@CERN 42