Архитектура и технология Grid

Физика высоких  энергий: проект LCG

Главной целью проекта LCG (Large Hadron Collider Computing Grid) является использование grid-среды для моделирования и обработки экспериментальных данных с Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider, LHC) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, CERN) в окрестностях Женевы (Швейцария). LHC – ускоритель протонов для исследования фундаментальных свойств субатомных частиц, в котором каждую секунду частицы сталкиваются более 600 раз и распадаются сложным образом на еще большее количество частиц. Каждый распад генерирует блок сигналов для обработки вычислительным grid-ом в объеме нескольких петабайт.

Grid-система, разработанная в LCG, проходит пробную эксплуатацию в рамках LHC. Кроме этого, в настоящее время она используется для моделирования потоков данных четырёх больших экспериментов (ALICE, ATLAS, CMS и LHCb), которые осуществляются в рабочем режиме ускорителя:

• ALICE (A Large Ion Collider Experiment) – эксперимент по изучению физики сильных взаимодействий при сверхвысоких плотностях, где ожидается образование нового состояния вещества - кваркглюонной плазмы.
• В эксперименте ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) будут изучаться глубинные основы строения вещества и фундаментальные силы, сформировавшие Вселенную.
• CMS (Compact Muon Solenoid) – детектор для новых исследований, в ходе которых будет предпринята попытка подтвердить или опровергнуть единую теорию фундаментальных сил природы.
• LHCb (Large Hadron Collider beauty) – эксперимент по изучению нарушения симметрии заряда и чётности. Этот эффект может являться причиной неравновесия между веществом и антивеществом при рождении Вселенной.

Основные ресурсы данного  grid-a занимают порядка 1500 кв.м. За вычислительными ресурсами идет постоянное наблюдение и модернизация. За последний год функционирования ЦЕРН, его мощность возросла с 2,9 МВт до 3,5 МВт, при этом экономия энергии в год составляет порядка 4,5 ГВт.

Приложения в области ядерного синтеза

ITER (the International Thermonuclear Experimental Reactor – "Международный экспериментальный термоядерный реактор") – это международный проект исследований и разработок, цель которого – показать научную и техническую возможность использования энергии термоядерного синтеза. Реактор будет построен в г. Кадараш (Cadarache) во Франции. Водородная плазма в нем будет удерживаться в форме тора при температуре свыше миллиона градусов, что, в принципе, приблизительно к 2016 г. может позволить создать управляемый термоядерный реактор мощностью порядка 500 мегаватт.

Управляющий комитет (Steering Committee), действующий в рамках Европейского соглашения по разработкам в области  термоядерного синтеза (European Fusion Development Agreement (EFDA)), учредил группу, задача которой  – изучить перспективу потребностей в вычислительных ресурсах у европейского сообщества исследователей в области  ядерного синтеза. Уже показана способность  grid-инфраструктуры удовлетворять эти потребности. В настоящее время прикладные задачи EFDA обрабатываются в grid-инфраструктуре EGEE. В будущем не исключено создание специализированной grid-инфраструктуры проекта ITER (столь ресурсоемки задачи этого проекта). Сейчас в grid-инфраструктуре EGEE работают следующие приложения для исследований ядерного синтеза:

• Massive Ray Tracing ("Прослеживание траектории лучей на основе большой статистики") рассчитывает траекторию микроволнового пучка в плазме.
• Kinetic Transport ("Кинетический перенос") рассчитывает явления кинетического переноса посредством отслеживания орбит большого числа независимых частиц, которые претерпевают столкновения с фоновой плазмой, характеризующейся температурой, плотностью и электрическим полем. Окончательные траектории используются для расчёта важных свойств явлений переноса в плазме – потока частиц, тепла и других.
• Stellarator – приложение для оптимизации стелларатора – установки постоянного режима для магнитного удержания плазмы, где происходит термоядерный синтез и нет токов.

Список литературы

1. А.П. Демичев, В.А. Ильин,  А.П. Крюков. Введение в grid-технологии., - M.МГУ им. М.В,Ломоносова, 2007.

2. Концепция GRID, Информационные технологии // Информационный портал. [2013] URL: http://technologies.su/grid (дата обращения: 25.10.2013).

3. Архитектура GRID, Информационный портал gridnach // Информационный портал. [2013] URL: https://sites.google.com/site/gridnach/home (дата обращения: 29.10.2013).

4. М.А. Каменщиков. Сервисы Grid, как объекты стандартизации.// Журнал радиоэлектроники №12 [2013] URL: http://jre.cplire.ru/jre/dec03/4/text.html (дата обращения: 19.10.2013).

5. Архитектура Grid. Сетевые технологии // Информационный портал. [2013] URL: http://www.forcesoft.ru/2011-08/%D0%B0%D1%80%D1%85%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0-grid/ (дата обращения: 19.10.2013).

6. The project. Enabling Desktop Grid fro e-Sience // Сайт Европейского центра внедрения grid-технологий. [2013] URL: http://www.edges-grid.eu:8080/web/edges/2 (дата обращения: 1.11.2013).

7. Grid Operations. WLCG // Сайт Европейского центра ядерных исследований. [2013] URL: http://wlcg.web.cern.ch/grid-operations (дата обращения: 1.11.2013).

8. European Fusion Development Agreement // Сайт EFDA [2013] URL; https://www.efda.org/ (дата обращения: 1.11.2013).