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1 Go/s pour la grille de calcul du Large hadron collider

Industrie et  Technologies

12 centres de calcul et 20 centres d'analyse, dont certains situés pour la première fois en Asie, ont participé à une expérience de validation de la grille de calcul qui servira dès 2007 à exploiter les 15 millions de Go de résultats que générera chaque année.

La collaboration mondiale Worldwide LHC computing grid (WLCG), à laquelle participe l'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3 du CNRS), vient d'annoncer un nouveau record dans la mise en oeuvre d'une grille de calcul mondiale pour le Large hadron collider (LHC) du Cern : un flux continu de données scientifiques a été transféré sur une infrastructure mondiale de grille, à un débit allant parfois jusqu'à 1 gigaoctet par seconde. Les débits de données les plus élevés qui ont été atteints équivalent au transfert, depuis le Cern, d'un DVD de données scientifiques toutes les cinq secondes.

Cette étape clé, qui permet pour la première fois aux chercheurs de tester leurs modèles de calcul dans des conditions réalistes, représente une avancée majeure dans le domaine des grilles de calcul à caractère scientifique. Cette étape ou test d'exploitation, est la troisième d'une série de quatre, en vue de l'exploitation des résultats du collisionneur LHC, le plus grand instrument scientifique du monde, dont la mise en route est prévue en 2007 au Cern.

Cette série de tests vise à augmenter progressivement la puissance de calcul de la grille, à rendre la grille plus fiable et à en faciliter l'utilisation, permettant ainsi de répondre aux attentes de la communauté scientifique travaillant sur les expériences au LHC, composée de plus de 6 000 scientifiques de par le monde.

Lors de ce test, les données ont été transférées à partir du Cern à Genève (Suisse) jusqu'à 12 centres de calcul principaux autour du globe, dont le Centre de calcul de l'IN2P3 (CC-IN2P3) en France. Plus de 20 centres d'analyse ont été également impliqués dans ces fructueux tests opérationnels de la grille mondiale, grâce auxquels ces données ont pu être stockées, distribuées et analysées en temps réel. Pour la première fois, plusieurs sites en Asie ont participé à l'opération, ce qui lui donne une envergure mondiale. Autre innovation : au rythme de 1 Go/s, des données scientifiques, produites par simulation, ont été expédiées, enregistrées et traitées dans des conditions semblables à celles dans lesquelles les scientifiques commenceront à exploiter les données du LHC.

Le premier test global

Les résultats de ce test représentent une avancée significative par rapport au test d'exploitation précédent, début 2005, qui n'avait impliqué que 7 centres en Europe et aux États-Unis, à des cadences soutenues de 600 mégaoctets par seconde. En d'autres termes, alors que le test de 2005 reviendrait en quelque sorte à tester séparément les moteurs ou les ailes d'un avion, le test qui vient d'être réalisé serait quant à lui comparable à un vol d'essai pour l'informatique du LHC.

La collaboration WLCG a pour but de mettre simultanément à profit les possibilités qu'offrent les infrastructures de grille scientifique existantes, afin de fournir les ressources de calcul, de stockage des données et de réseau requises pour exploiter entièrement le potentiel scientifique des quatre expériences principales du LHC : Alice, Atlas, CMS et LHCb. Ces expériences étudieront les propriétés fondamentales des particules et des forces subatomiques afin de mieux éclaircir le mystère des origines de l'Univers et devraient produire au total environ 15 millions de gigaoctets de données tous les ans. La grille mondiale LCG repose sur les avancées d'un ensemble de projets d'infrastructures nationales et internationales de grille, dont le projet européen Egee (Enabling grid for e-science) et le projet américain OSG (Open Science Grid).

Durant l'exploitation des résultats du LHC, les grands centres informatiques principaux intégrés dans l'infrastructure de la grille LCG, appelés aussi centres Tier-1, stockeront collectivement les données issues des quatre expériences.

Une grande partie de l'analyse de données sera effectuée par des scientifiques travaillant dans plus de 100 centres d'analyse Tier-2, dans les universités et les laboratoires de recherche de plus de 30 pays. Ces scientifiques accéderont aux données par l'intermédiaire des ressources de grille que le WLCG met à leur disposition. Ces ressources fournissent dès à présent une puissance de calcul comparable à celle de plus de 20 000 ordinateurs personnels combinés entre eux et qui devrait atteindre celle de 50 000 PC quand le LHC sera en exploitation. Pendant le test d'exploitation qui vient d'être réalisé, les centres de calcul participants ont traité simultanément plus de 12 000 tâches de calcul.

Le centre de calcul de l'IN2P3 dépasse ses objectifs

Pour le CC-IN2P3, cet exercice réussi constitue une étape décisive dans la préparation de l'infrastructure de traitement de données du LHC. Les moyens de réception et de stockage des données en provenance du Cern ont été testés intensivement pendant une semaine à un rythme très soutenu ayant permis au site d'atteindre un débit en réception de 180 Mo/s, au-delà des 150 Mo/s initialement ciblés et parmi les plus élevés de ceux des sites participant à cet essai d'exploitation.

Le CC-IN2P3, l'un des 11 centres majeurs de la grille de calcul LHC au niveau mondial, a débuté à cette occasion l'utilisation d'une liaison directe avec le Cern à Genève. Le circuit optique dédié, mis en place grâce au réseau Renater (Réseau national de télécommunications pour la technologie, l'enseignement et la recherche), permet des transferts de données à un taux maximum de 10 gigabits par seconde (10 milliards d'informations élémentaires par seconde).

La portée des résultats de ce test d'exploitation dépasse largement les besoins immédiats de la communauté de physique des hautes énergies. Il s'agit d'une avancée majeure dans le domaine du calcul scientifique sur grille : les enseignements tirés de cette expérience profiteront certainement à d'autres domaines scientifiques tels que la biomédecine, les nanotechnologies et les sciences environnementales dans leur future utilisation des grilles.

Le prochain test d'exploitation de la grille, supposé commencer au début de l'été, s'étendra à beaucoup d'autres centres de calcul et visera des exécutions continues et stables. Ce nouveau défi permettra à beaucoup de scientifiques impliqués de raffiner leur modèle de calcul pour manipuler et analyser les données des expériences du LHC, en prévision du début de la véritable prise de données en 2007.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus :
Grille de calcul mondiale pour le LHC (WLCG): http://www.cern.ch/lcg/
LCG-France : http://lcg.in2p3.fr/
Enabling grids for e-science (Egee): http://www.eu-egee.org 
Open science grid (OSG): http://www.opensciencegrid.org/


Les centres de calcul impliqués dans ce test sont :

  • Academia sinica grid center (ASGC) à Taipei;
  • Brookhaven national laboratory (BNL) à Brookhaven (NY, USA);
  • CC-IN2P3, le Centre de calcul de l'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3), à Lyon (France);
  • Deutsches elektronen-synchrotron (Desy) à Hamburg (Allemagne) ;
  • Fermi national accelerator laboratory (FNAL) à Batavia (Illinois,USA);
  • Forschungszentrum karlsruhe (FZK) à Karlsruhe (Allemagne);
  • Centro nazionale per la ricerca e sviluppo nelle tecnologie informatiche (INFN-CNAF) à Bologne (Italie ) ;
  • the Nordic data grid facility (NDGF) un service distribué au Danemark, en Finlande, Norvège et Suède;
  • Port d'informació científica (PIC) à Barcelone (Espagne);
  • the National center for computing and networking services et  the National institute for nuclear physics and high energy physics (Sara-NIKHEF) tous deux basés aux Pays-Bas;
  • the Rutherford Appleton laboratory (RAL) à Oxfordshire( Royaume-Uni) ;
  • the National laboratory for particle and nuclear physics (Triumf) à Vancouver (Canada).

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