当你得到一个叛逆粒子的实验数据时,你如何得出宇宙的物理定律,这个粒子很少与物质相互作用,它可以穿过光年的铅?你呼吁高级计算的力量。

NOVA中微子实验与能源部通过先进计算科学发现(SciDAC-4)计划和能源部费米国家加速器实验室(费米实验室)的HEPCloud计划合作,能够进行有史以来规模最大的分析。支持最近的反中微子振荡证据,这种现象可能为我们的宇宙进化过程提供线索。

使用Cori,位于美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的国家能源研究科学计算中心(NERSC)的最新超级计算机,NOvA在5月14日至15日之间使用了超过100万个计算核心或CPU,并且一周后的短时间。这是在此期间同时使用的最大数量的CPU - 大约54小时 - 用于单个高能物理实验。这种前所未有的计算能力使科学家能够实现中微子物理学中使用的一些最复杂的技术,使他们能够更深入地研究中微子的相互作用。

这次Cori分配是分配给NOvA实验的Fermilab计算量的400多倍,是Fermilab分配给所有稀有物理实验的总计算容量的50倍。一周后,NERSC的Cori和Edison超级计算机继续进行分析。在54小时内,NOvA总共消耗了近3500万个核心小时。在单台台式计算机上执行相同的分析需要4,000年。

“关于NERSC的特殊之处在于它使得NOVA能够以更高的精度进行科学研究,在更短的时间内获得更高的统计精度,”费米实验室的NOvA物理学家安德鲁诺曼说。“它有助于对探测器发出的实际数据进行分析,其速度比过去快50倍。第一轮分析在16小时内完成。实验者能够看到数据中的内容,并且在不到六个小时内,每个人都在看它。如果没有这些类型的资源,我们作为一种合作,不可能快速扭转结果并理解我们所看到的内容。“

该实验在6月4日德国Neutrino 2018年会议上公布了最新收集的数据。

“NERSC允许我们的分析团队进行复杂而强烈的计算以产生我们的最终结果的速度一直是改变游戏规则的,”费米实验室科学家Peter Shanahan说,他是NOVA联合发言人。“在我们的分析的最后一步,它从几周到几天加快了我们的结果时间,这已经对我们在Neutrino 2018展示的内容产生了巨大的影响。”

除了最先进的NERSC设施外,NOvA还依靠SciDAC HEP数据分析在HPC(高性能计算机)项目和Fermilab HEPCloud设施上所做的工作。两项工作均由费米实验室科学计算人员领导,并与NERSC的研究人员共同努力,以支持NOVA的反中微子振荡证据。

目前费米实验室的标准实践是通过结合传统的高通量计算和开放科学网格提供的分布式计算,使用较简单的计算进行类似的分析,开放科学网格是实验室和大学之间用于数据密集型研究的全国性合作伙伴关系。这些是大量资源,但它们使用不同的模型:两者都在很长一段时间内使用大量的计算资源。例如,某些资源仅以低优先级提供,因此它们的使用可能被更高优先级的需求所取代。但对于复杂的,时间敏感的分析,如NOvA,研究人员需要通过现代高性能计算技术实现更快的处理。

SciDAC-4是DOE科学办公室计划,资助数学,物理和计算机科学专家之间的合作,以解决难题。HPC项目的HEP专门用于探索在DOE拥有的超级计算机上进行大规模数据分析的计算分析技术。在美国能源部科学办公室的任务超级计算设施NERSC进行NOVA分析是一项非常适合该项目的任务。费米实验室的Jim Kowalkowski是HEP在HPC上的首席研究员,HPC还与美国能源部阿贡国家实验室,伯克利实验室,辛辛那提大学和科罗拉多州立大学的合作者合作。

“这种分析形成了一种基线。我们刚刚开始加速,开始以前所未有的规模开始利用NERSC的其他功能,“Kowalkowski说。

该项目第一年的目标是利用像NOvA这样的计算密集型分析工作,并在超级计算机上实现这一目标。这意味着不仅要运行分析,还要改变计算方式,并学习如何改进操作数据的工具,所有这些都是为了改进用于进行这些分析的技术,并充分利用计算能力和独特的能力。现代化的高性能计算设备。此外,该项目旨在立即使用所有计算核心来缩短该时间线。

Fermilab HEPCloud工具通过优化所有可用类型的使用并通过例如在商业云上租用临时资源或使用高性能计算机在短时间内弹性扩展资源池,提供经济高效的计算资源访问。HEPCloud使NOvA和来自其他实验的物理学家能够以透明的方式使用这些计算资源。

HEPCloud首席研究员Burt Holzman表示,对于这种分析,“NOVA实验者不必像往常那样改变业务。” “通过HEPCloud,我们只需扩展我们当地的现场费米实验室设施,包括在NERSC的Cori和Edison。”

在工作的基础上,Fermilab HEPCloud团队一直在与NERSC的研究人员合作,以优化高通量计算,HEPCloud团队能够利用该设施实现百万核心里程碑。因此,它保留了在单个设施中同时提供的大多数资源的记录,以运行实验性HEP工作流程。

“这是我们在费米实验室根据SciDAC进行的十多年研发的结果,以及使用这些功能和HEPCloud的第一次尝试,”Fermilab科学计算部门负责人和HEPCloud赞助商Panagiotis Spentzouris说。

“NOVA是一个实验设施,距离伯克利实验室2000多英里,NERSC所在地。事实上,我们可以近乎实时地向实验研究人员提供我们的资源,使其时间敏感的科学无法完成,这是非常令人兴奋的,“伯克利实验室的NERSC数据架构师Wahid Bhimji说道。 NOvA团队。“在同事Lisa Gerhardt的带领下,我们在过去几年里一直与HEPCloud团队密切合作,也支持大型强子对撞机的物理实验。最近的NOvA结果是我们建立的基础设施和能力如何有益于各种高能实验的一个很好的例子。“

展望未来,Kowalkowski,Holzman及其相关团队将继续巩固这一成就。

“我们将继续进行迭代,”Kowalkowski说。“新的设施和程序得到了NOvA合作的热烈欢迎。我们将加快其他关键分析。“

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