[論文レビュー] The Future of High Energy Physics Software and Computing

V. D. Elvira, Steven Gottlieb+26 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2022

Distributed and Parallel Computing Systems被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、高エネルギー物理学（HEP）におけるソフトウェアおよびコンピューティング分野の持続的リーダーシップを確保するため、APS粒子物理学部門内に恒久的なソフトウェア・コンピューティング調整パネル（CPSC）を設立することを提言する。急速な技術的変化に直面する中で、米国が計算的HEP分野でリーダーシップを維持するため、的確な資金配分、横断的R&D、人材育成、多様性施策を推進する必要がある。

ABSTRACT

Software and Computing (S&C) are essential to all High Energy Physics (HEP) experiments and many theoretical studies. The size and complexity of S&C are now commensurate with that of experimental instruments, playing a critical role in experimental design, data acquisition/instrumental control, reconstruction, and analysis. Furthermore, S&C often plays a leading role in driving the precision of theoretical calculations and simulations. Within this central role in HEP, S&C has been immensely successful over the last decade. This report looks forward to the next decade and beyond, in the context of the 2021 Particle Physics Community Planning Exercise ("Snowmass") organized by the Division of Particles and Fields (DPF) of the American Physical Society.

研究の動機と目的

• 高エネルギー物理学（HEP）におけるソフトウェアおよびコンピューティング（S&C）の重要性が、現在では実験用ハードウェアと同等にまで高まっていることに対応する。
• 検出器のためのCPADパネルに倣って、恒久的なソフトウェア・コンピューティング調整パネル（CPSC）を設立し、長期的な調整と指導を提供する。
• プロジェクトに依存するライフサイクルを超えて、イベントジェネレーターやシミュレーションフレームワーク、データ保存技術などの基盤的S&Cツールに対する持続的投資を確保する。
• 計算的HEP分野における横断的R&D、特に機械学習、量子コンピューティング、異種コンピューティング分野を支援し、技術的リーダーシップを維持する。
• S&C分野におけるキャリア形成と多様性、公平性、包摂性（DEI）を強化し、持続可能で包摂的なHEP人材を育成する。

提案手法

• DPF内に恒久的なCPSCを設立し、実験、理論、インfra構築の分野を横断してS&C活動を調整する。
• 通常の助成金サイクルを超えて、基盤的ソフトウェアの保守およびユーザーサポートを支援するための的確な資金メカニズムを提唱する。
• DOE ECP、SciDAC、IRIS-HEP、HEP-CCEなどの既存および拡充プログラムを通じて、横断的R&Dを推進する。
• CPU、GPU、および将来のアクセラレータを含む異種コンピューティングプラットフォームへのソフトウェアの再設計および適応を支援する。
• 学部生から教員職に至るまでの教育パイプラインを整備し、国立研究所との共同任命制度を導入してtenure-trackのポジションを創出する。
• CPSC主導のDEI委員会を設立し、S&C分野における包摂の障壁を特定し、コミュニティに実行可能な提言を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HEPコミュニティは、個々の実験や施設に依存しない重要なソフトウェアツールの長期的持続可能性と保守をどのように確保できるか？
• RQ2 理論的・実験的・シミュレーション的分野を横断するS&C分野のR&Dを支援するための、制度的および資金的メカニズムとして何が必要か？
• RQ3 異種コンピューティングおよび急速に進化するHPC・加速器技術の要請に応じた、HEP人材の効果的な育成と維持はどのように実現できるか？
• RQ4 国立研究所および資金提供機関は、計算的HEP研究者に持続的でtenure-trackのキャリアパスを提供するために、どのような役割を果たせるか？
• RQ5 多様性、公平性、包摂性（DEI）を、計算的HEPのソフトウェアおよびコンピューティング分野で体系的に推進するには、どのような方策が必要か？

主な発見

• 恒久的なソフトウェア・コンピューティング調整パネル（CPSC）の設立は、HEP S&C分野における長期的調整と戦略的指針を確保する中心的メカニズムとして推奨される。
• Geant4、イベントジェネレーター、データ保存ツールなどの基盤的ソフトウェアの保守およびユーザーサポートには、通常の助成金サイクルを超えた持続的資金が必要であり、現在はそのニーズが満たされていない。
• 機械学習、量子コンピューティング、異種コンピューティングを含む計算的HEP分野における横断的R&Dは、必須であり、概念実証から本番運用までの段階で支援されるべきである。
• DOE ECP、SciDAC、IRIS-HEPなどのプログラムを通じて、すでにHEPソフトウェアがアクセラレーターおよびエクサスケールシステムに適応する点で顕著な進展が見られた。
• S&C分野におけるキャリア形成は、計器R&Dと同等の水準に引き上げられ、学部生の研究から教員職・スタッフ職への明確な道筋を整えるべきである。
• S&C分野における包括的で持続可能な人材を育成するため、CPSC主導のDEI委員会を設置し、包摂の障壁を体系的に特定・是正する必要がある。