LHC@home est un projet du CERN qui vise à simuler les
trajectoires de particules élémentaires dans le
futur accélérateur de particules du CERN
à Genève. Le CERN (Centre Européen
pour la Recherche Nucléaire ) est le plus grand centre
scientifique au monde dans le domaine
En 2007,
l'accélérateur de particules géant du
CERN , le LHC (Large
Hadron Collider - Grand
collisionneur de hadrons) sera construit . Pour optimiser sa
construction et sa maintenance (surtout celle des capteurs
ultra-sophistiqués) le CERN a besoin de faire des
simulations de grande envergure. Ces simulations permettent aux
ingénieurs européens d'optimiser et
d'accélérer la construction de ce qui sera le
plus grand instrument scientifique du monde (27km de long). Une fois
l'accélérateur de particules construit, les
différents capteurs produiront 15 Po de données
(pétaoctet=1E15 octet) par an ce qui constitue 10% de la
production annuelle de la terre entière. Pour analyser ces
données, le CERN envisage également de faire
appel au public et à BOINC (mais pas avant 2007-2008). Le
programme actuel simule 100 000 tours ou 1 000 000 tours de 60
particules dans le futur LHC. Ces particules effectueraient ces tours
en moins d'une seconde en réalité mais un
ordinateur actuel met de 1 à 10h pour effectuer la
simulation! Le projet a d'abord commencé
à l'automne 2004 en collaboration avec des universitaires
européens, projet qui dura 3 mois. Devant le
succés rencontré par lhc@home, les responsables
du CERN ont décidé de continuer l'aventure BOINC
en 2005. Il s'agit toujours de simuler les futurs collisions
à l'intérieur de
l'accélérateur de Genève .
Apperçus du LHC :
SixTrack
La principale difficulté
du calcul scientifique, auxquelles les expérimentations LHC
vont faire face, sera l'accès à de gigantesques
espaces de stockage - Le LHC produira 15 Petaoctets (15 millions de
Gigaoctets) de données par an. Ces besoins en
données font que la plupart des programmes d'analyse ne
peuvent fonctionner sur des PC isolés. C'est pourquoi le
CERN a recours au calcul partagé, qui permet de lier des
centaines de centres de calcul dans le monde.
Toutefois, il y a des exceptions dans lesquelles le calcul public
à un intérêt pour le LHC. Le
département IT du CERN est intéressé
par l'évaluation du type de technique utilisé par
SETI@home, pour une future application. Un programme nommé
SixTrack, qui simule le parcours de particules tournant autour du LHC
dans le but d'évaluer la stabilité de leurs
orbites, peut fonctionner sur un PC isolé et
requérant relativement peu de données en
entrée et sortie.
SixTrack fut développé par Frank Schmidt, du
département Accélérateurs et
Faisceaux, sur les bases d'un précédent programme
développé au DESY, le Synchrotron à
électron Allemand de Hambourg. SixTrack produit des
résultats qui sont essentiels pour vérifier la
stabilité à long terme des particules
à haute énergie dans le LHC. Lyn Evans, directeur
du projet LHC,dit que "les résultats du SixTrack apportent
une réelle différence, nous fournissant de
nouvelles approches de la façon dont le LHC fonctionnera".
Typiquement, SixTrack simule 60 particules qui voyagent en
même temps dans l'anneau, et lance la simulation sur 100000
boucles (où parfois 1 million de boucles) dans l'anneau. On
peut penser que c'est beaucoup, mais cela dure moins de 10s en temps
réel. Encore, c'est largement suffisant pour tester si les
rayons auront une orbite stable sur une grande période,
où risquer de perdre le contrôle et
s'écraser sur les murs du tube sous vide. Une telle
instablilité du rayon serait un sérieux
problème, elle pourrait causer l'arrêt de la
machine pour réparation si cela arrive
réellement.
En répétant des centaines de fois de tels
calculs, il est possible de définir les conditions sous
lesquelles le rayon sera stable.
_
Les images des phases de
particules sur une orbite stable (gauche) et sous une orbite chaotique
(droite).
L'espace de phase montre les points que chaque particules occupent
à chaque cycle.
Pour les particules stables, c'est limité aux courbes de la
phase,
mais pour les particules instables les points tendent à
occupés tous l'espace de la phase.
A partir d'un certain point, les particules instables quittent
complètement leur orbite - et le rayon se perd.
LHC@home
Jusqu'à
présent, LHC@home s'exécute sur les machines
Windows et Linux, mais nous aimerions l'étendre sur les
autres plateformes dans un futur proche, avec l'aide des
communautés de testeurs, si possible. (Un package graphique
pour l'économiseur d'écran Linux a
été développé par un
utilisateur de LHC@home - Merci à Roberto Virga !).
L'économiseur d'écran Windows
représente un jeu de particules, comme celles
simulées dans le programme. Leur mouvement est actuellement
définit par un algorythme qui est indépendant de
SixTrack, bien qu'ils soient planifiés pour une version de
l'économiseur d'écran qui affichera la coupe
actuelle du rayon de particule que SixTrack simulera.
L'économisuer d'écran de LHC@home
En Mars 2005, l'immense aimant dipole
superconducteur commença d'être
installé dans le tunnel de LHC. Toutes les fois
où un nouveau aimant est installé, des mesures
sont faites sur ses propriétés. S'il
dérive de façon significative par rapport aux
valeurs spécifiées, SixTrack sera
employé pour étudier l'impact, que pourront avoir
ces différences sur les opérations de la machine.
Obtenir les résultats aussi rapidement que possible peut
faire une grosse différence sur l'installation des milliers
d'aimants (1232 aimants dipole ) par les ingénieurs.
Beaucoup de Calculs de simulation devront être
necéssaires sur les prochaines années pour faire
ces analyses critiques. Aussi votre participation dans LHC@home est
réellement utile pour la construction du LHC !
Parallèlement à l'aide à la
construction du LHC, LHC@home apporte quelques
éléments fondamentaux dans les challenges du
calcul distribué. Avec LHC@home, et avec un
précursue maison appelé CPSS, il a
été découvert que les
différent processeurs peuvent produire quelquefois des
résultats différents. Cela est dû aux
manières que certaines fonctions mathématiques
comme l'exponentielle et la tangente arrondissent sur
différents processeurs. Le manque de standard international
accepté pour cela, combiné avec la nature
chaotiquedes orbites de particules dans les simulations SixTrack, avec
les tendances à amplifier les petites différences
, peut produire des résultats considérablement
différentsur des ordinateurs différents. Bien que
initialement perçu comme un retard, ce problème
peut être distribué en utilisant des nouvelles
librairies de fonctions développées par un groupe
de l'Ecole Nationale Supérieure de Lyon. Les
résultats fournissent aussi un important potentiel
d'aperçus pour le développement courrant des
applications des grilles de calculs, dont le but ultime est qu'elles
auront à couvrir un large éventail d'ordinateurs.
Historique de LHC@home
En 2003, Eric McIntosh et Andreas
Wagner du Département IT du CERN ont commencé
à tester un économiseur d'écran maison
appelé Compact Physics Screen Saver (CPSS), avec le
lancement de SixTrack sur les ordinateurs du CERN. CPSS a
prouvé être un outil vital de débuggage
pour cette application de calculs partagés. Aujourd'hui,
CPSS tourne sur 200 PCs au CERN. Une importante découverte
à été faite avec CPSS, et
confirmée avec le LHC@home, que les différents
processeurs des PC peuvent retourner des résultats
différents. Eric McIntosh traque ce problème, du
fait que certaines fonctions mathématiques comme
l'exponentielle, ou tangente, crée des erreurs d'arrondis
selon les processeurs
En juin 2004, Ben Segal et François Grey du
département IT, ont été
appelé, en vue de créer un
évènement, pour le 50e anniversaire du CERN, qui
autoriserait les gens, partout dans le monde, à avoir une
impression de compétition informatique pour le LHC. Ben et
François rencontrèrent Dave Anderson, le
directeur de Seti@home, qui venait juste de commencer les tests de la
nouvelle plate-fome BOINC que son équipe avait
developpé.
Dans le même temps, une équipe
d'étudiants Dannois prirent contact avec
François, enchantés de trouver un projet excitant
pour leur thèse de Doctorat. Ce fût le
début de LHC@Home. Christian Søttrup et Jacob
Pedersen travaillerent énormement tout le printemps et
l'été pour obtenir que SixTrack et BOINC
fonctionne ensemble. Vous pouvez lire leurs thèses, qui
décrivent les opportunités de combiner les
ressources de calcul public, avec des grilles de calcul tel que celle
du LHC.
Quelques-unes des personnes derriere le programme de calcul du CERN.
De gauche a droite, Frank Schmidt (AB), Jukka Klem (Institut de
physique d'Helsinki),
Andreas Wagner (IT), Eric McIntosh (IT) and Ben Segal (IT).
Aprés
l'été 2004, un étudiant de Berkeley,
Karl Chen, qui avait travaillé avec Dave Anderson, est venu
pour aider Christian et Jacob avec l'interface de BOINC. Jasenko
Zivanov, APROX un stagiaire pour l'été de
l'université de Basel, a developpé les graphiques
de l'économiseur d'écran. Kalle Happonen et
Markku Degerholm, deux étudiants Finlandais du programme
technologique de l'institut de physique d'Helsinki, aiderent
à leur tour a faire fonctionner et régler le
serveur BOINC, ainsi qu'une équipe de LHC@Home venu de la
phase alpha, avec 25 ordinateurs personnels, pour la phase beta, avec
quelques utilisateurs expérimentés de BOINC, qui
vit le jour (le serveur ou BOINC ?) en septembre, juste a temps pour le
50e anniversaire du CERN le 29 Septembre, et la journée
portes-ouvertes du CERN qui suivie le 16 Octobre, ou 30 000 personnes
ont visité le CERN. Durant ces mois, le nombre d'utilisateur
est monté 6 000, ce qui fût jugé comme
étant le maximun, APROX au vue des limitations des serveurs
et le fait d'analyser les données en suffisament de temps
pour qu'elle reviennent (à temps..) En Février
2005, aprés une pause de quelques mois, LHC@Home
fût redémarré en tant que APROX service
courant du département IT du CERN, et comme evenement
à part de l'Année de la Physique. Ignacio Reguero
est le directeur du projet, et ensemble avec Phil Defert (NDT: ptdr) et
Ben Segal ils commencérent à regarder vers de
possible nouvelles applications avec d'autres partenaires dans la
communauté de la Physique de Haute Energie. Eric McIntosh et
Frank Schmidt continuent à travailler durement pour donner
des unitées aux utilisateur de LHC@Home, et analysent les
résultats. Jukka Klem du programme de l'institut d'Helsinki
au CERN aide au fonctionnement quotidien du serveur, et gère
le forum.
Cet article a été publié le 17-12-2005 19:29. Vous pouvez suivre les commentaires suscités par cet article grâce au fil RSS 2.0. Vous pouvez laisser un commentaire.
Dernière mise à jour 21-09-2008 15:10
Vos commentaires (0)
Seul les utilisateurs enregistrés peuvent commenter un article.
_
