Les physiciens du centre ce calcul Argonne utilisent leur supercalculateur Mira pour effectuer des simulations des expériences du grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN pour interpréter les futures données du LHC. Des chercheurs de l’installation Argonne Leadership Computing (ALCF) ont aidé l’équipe à optimiser leur code pour le supercalculateur, qui leur a permis de simuler des milliards de collisions de particules plus rapidement que jamais.

DES MILLIARDS DE COLLISIONS PAR SECONDE ANALYSÉS
millions de collisions de particules par seconde dans leur quête pour comprendre la structure fondamentale de la matière. Avec chaque collision produisant environ un mégaoctet de données, l’installation, située à la frontière de la France et de la Suisse, génère une quantité colossale de données. Même après avoir filtré environ 99% des données, les scientifiques ont chaque année environ 30 pétaoctets (ou 30 millions de gigaoctets) de données à analyser dans un large éventail d’expériences de physique, comme les études sur le boson de Higgs et la matière noire. Pour relever le défi considérable de l’interprétation de ce volume de données, les chercheurs du département américain de l’Argonne National Laboratory ont démontré le potentiel de simulation des collisions avec Mira, le supercalculateur IBM Blue Gene / Q d’une puis Au Grand collisionneur de hadrons du CERN (LHC), l’accélérateur de particules le plus puissant du monde, les scientifiques lancent des sance de 10 petaflops. « Simuler les collisions est essentiel pour nous aider à comprendre la réponse des détecteurs de particules », a déclaré le chercheur principal Tom Lecompte, physicien d’Argonne et ancien coordonnateur pour l’expérience ATLAS du LHC, l’un des quatre dé- tecteurs de particules de l’installation. « Les différences entre les données simulées et les données expérimentales peuvent nous amener à découvrir des signes d’une physique nouvelle. »

UNE PREMIÈRE MONDIALE
Cette simulation réussie marque la première fois qu’un supercalculateur a été utilisé avec succès pour effectuer les simulations massivement parallèles de collisions du LHC. Cela a démontré que les supercalculateurs peuvent aider à conduire de futures découvertes au LHC en accélérant le rythme auquel les données simulées peuvent être produites. Le projet montre aussi comment les ressources informatiques peuvent être utilisées pour faciliter l’aboutissement d’expériences de physique.

Depuis 2002, les scientifiques du LHC se sont appuyés sur le Worldwide LHC Computing Grid pour tous leurs besoins de traitement de données et de simulation. Reliant des milliers d’ordinateurs et de systèmes de stockage à travers 41 pays, cette infrastructure de calcul distribué internationale permet aux données d’être consultées et analysées en temps quasi-réel par une communauté internationale de plus de 8000 physiciens collaborant autour des quatre grandes expériences du LHC. « Le grid computing a été un succès pour le LHC, mais il subsiste encore des limites », a déclaré LeCompte. « La première est que certaines simulations d’événements LHC sont si complexes qu’il faudrait des semaines pour les compléter. La seconde est que les besoins informatiques du LHC sont amenés à être multipliés par dix dans les prochaines années ».

Pour enquêter sur l’utilisation de supercalculateurs comme un outil possible pour le LHC, LeCompte a demandé et obtenu du temps de calcul au centre de recherche avancée scientifique ALCF Computing. Son projet est axé sur la simulation des événements ATLAS qui sont difciles à simuler avec le grid computing. Bien que le volume et la nature des données issues du LHC semblent un choix naturel pour l’un des superordinateurs les plus rapides dans le monde, il a fallu un travail approfondi pour adapter une méthode de simulation LHC existante pour l’architecture massivement parallèle de Mira.

Avec l’aide de chercheurs ALCF Tom Uram, Hal Finkel, et Venkat Vishwanath, l’équipe Argonne a transformé ALPGEN, une application basée sur Monte-Carlo qui génère les événements dans les collisions de hadrons, à partir d’un code de simulation mono-thread dans le code massivement multi-thread qui pourrait fonctionner efficacement sur Mira. En améliorant les performances d’E / S du code et réduire son utilisation de la mémoire, ils ont réussi à adapter ALPGEN pour fonctionner sur le système Mira et à exécuter le code 23 fois plus vite que l’original. Ce travail d’optimisation du code a permis à l’équipe de simuler des millions d’événements de collision du LHC en parallèle. « En exécutant ces tâches sur Mira, l’équipe a réalisé l’équivalent de deux ans de simulations ALPGEN en quelques semaines, et l’infrastructure grid computing du LHC est devenu en conséquence libre d’exécuter d’autres tâches », a déclaré Uram.

Si les supercalculateurs comme Mira sont mieux intégrées dans le flux de travail du LHC, LeCompte espère qu’un nombre beaucoup plus important de simulations pourrait ultérieurement être transférée à des supercalculateurs, soulageant l’infrastructure de calcul du LHC et accélérant significativement les simulations associées à partir des données recueillies. Pour aller dans cette direction, son équipe prévoit d’augmenter l’éventail de code exécutable sur Mira, les prochains candidats étant Sherpa, un autre code de génération d’événements, et Geant4, un code pour simuler le passage des particules à travers la matière. « Nous prévoyons également d’aider d’autres groupes de physique à utiliser les supercalculateurs comme Mira», a déclaré LeCompte. » Selon notre expérience cela prend un an ou deux pour adapter et réécrire le code d’origine, et une autre année pour le faire fonctionner à grande échelle.»