[論文レビュー] Belle II Experiment Network and Computing

D. M. Asner, Eli Dart+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2013

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、日本のKEKB加速器の大幅なアップグレードであるSuperKEKBにおけるBelle II実験の計算およびネットワークインフラ要件を概説している。2 PB/年のデータを処理するために、高帯域幅・低遅延のデータ転送と分散コンピューティングを実現する必要があり、ネットワークアーキテクチャとデータ管理システムの最適化を通じて、リアルタイム処理とグローバルな共同作業を可能にする。

ABSTRACT

The Belle experiment, part of a broad-based search for new physics, is a collaboration of approximately 400 physicists from 55 institutions across four continents. The Belle detector is located at the KEKB accelerator in Tsukuba, Japan. The Belle detector was operated at the asymmetric electron-positron collider KEKB from 1999-2010. The detector accumulated more than 1/ab of integrated luminosity corresponding to more than 2 PB of data near 10 GeV center-of-mass energy. Recently, KEK has initiated a $400 million accelerator upgrade to be called SuperKEKB, designed to produce instantaneous and integrated luminosity two orders of magnitude greater than KEKB. The new international collaboration at SuperKEKB is called Belle II. The first data from Belle II/SuperKEKB is expected in 2015. In October 2012, senior members of the Belle II collaboration gathered at PNNL to discuss the computing and networking requirements of the Belle II experiment with ESnet staff and other computing and networking experts. The day-and-a-half-long workshop characterized the instruments and facilities used in the experiment, the process of science for Belle II, and the computing and networking equipment and configuration requirements to realize the full scientific potential of the collaboration's work. The requirements identified at the Belle II Experiment Requirements workshop are summarized in this report.

研究の動機と目的

• Belle II実験が、前身の実験の100倍の光度でデータを生成するにあたり、その計算およびネットワークインフラ要件を定義すること。
• 4大陸にまたがる55の機関が参加するグローバル共同作業が、ペタバイト規模のデータ量を効率的に処理・分析できるようにすること。
• スケーラブルで高スループットなネットワークおよびコンピューティングシステムを通じて、リアルタイムデータ処理と長期的なデータ保存を支援すること。
• 国際的な施設間で一貫性を保つために、データ転送、ストレージ、分散コンピューティングの技術的要件と標準を特定・標準化すること。
• 堅牢で信頼性が高く、高性能な計算およびネットワークインフラを確保することで、Belle IIの科学的潜在能力を最大限に引き出すこと。

提案手法

• 2012年10月にPNNLで実施された2日間のワークショップにおいて、Belle II協力メンバー、ESnetスタッフ、ネットワーキング専門家が参加し、要件を評価した。
• SuperKEKB加速器からグローバル分析センターへのデータフローを含め、Belle II検出器、データ取得システム、およびデータフローを特徴づけた。
• 国際施設間で年間2 PBのデータを転送するにあたり、ネットワーク帯域幅、遅延、信頼性の要件を評価した。
• グリッドおよびクラウド技術を活用した分散コンピューティングモデルを提案し、国際的センターでのスケーラブルなデータ処理と分析を支援した。
• データ整合性と可用性を確保するため、データストレージ、レプリケーション、アクセス制御の要件を定義した。
• 400名の物理学者およびエンジニアからのフィードバックを統合し、科学的ワークフローとデータ集約的分析のニーズに適合したインフラを構築した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belle IIのような高光度Bファクトリー実験を支援するにあたり、計算およびネットワーク分野の主な課題は何ですか？
• RQ2 グローバルな科学共同作業は、どのようにしてペタバイト規模のデータ量をリアルタイムで効率的に転送・処理できますか？
• RQ3 国際機関間で低遅延アクセスと高信頼性を確保するには、どのようなネットワークアーキテクチャとデータ管理システムが必要ですか？
• RQ4 オリジナルのBelle実験と比較して100倍の高い光度に対応するにあたり、計算インフラはどのようにスケーリングできますか？
• RQ5 多様なコンピューティングセンター間で相互運用性とデータ一貫性を確保するには、どのような技術的標準とプロトコルが必要ですか？

主な発見

• Belle II実験は年間約2 PBのデータを生成すると予想され、継続的な高帯域幅のデータ転送能力が求められる。
• リアルタイムデータ処理とグローバル共同作業を満たすために、ネットワークインフラは最大10 Gbpsのデータ転送レートをサポートする必要がある。
• 国際センター間でのスケーラブルなデータ分析を実現するには、グリッドおよびクラウド技術を活用した分散コンピューティングモデルが不可欠である。
• 継続的なデータフローとアクセスを確保するため、レジリエントで低遅延のネットワークに冗長性とフォールトトレランスを備える必要がある。
• ワークショップでは、データ整合性と可用性を確保するため、ストレージ、レプリケーション、アクセス制御の具体的な要件が特定された。
• 最終的なインフラ設計は、リアルタイムデータ処理と高精度物理学データの長期的アーカイブを両立させる必要がある。