[論文レビュー] Towards a Model for Computing in European Astroparticle Physics

Thomas W. Berghöfer, I. Agrafioti+15 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2015

Distributed and Parallel Computing Systems被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、主要プロジェクトおよび計算センターの調査に基づき、2030年までに計算需要が10倍に増加すると予想される欧州の宇宙粒子物理学における計算リソースモデルを提案する。現在の宇宙粒子物理学の計算リソースは、CERNのLHC Tier-0の約1/3であり、将来の需要に対応するため、欧州の計算センター間で計算およびストレージタスクを分配するフレームワークを提示している。

ABSTRACT

Current and future astroparticle physics experiments are operated or are being built to observe highly energetic particles, high energy electromagnetic radiation and gravitational waves originating from all kinds of cosmic sources. The data volumes taken by the experiments are large and expected to grow significantly during the coming years. This is a result of advanced research possibilities and improved detector technology. To cope with the substantially increasing data volumes of astroparticle physics projects it is important to understand the future needs for computing resources in this field. Providing these resources constitutes a larger fraction of the overall running costs of future infrastructures. This document presents the results of a survey made by APPEC with the help of computing experts of major projects and future initiatives in astroparticle physics, representatives of current Tier-1 and Tier-2 LHC computing centers, as well as specifically astroparticle physics computing centers, e.g. the Albert Einstein Institute for gravitational waves analysis in Hanover. In summary, the overall CPU usage and short-term disk and long-term (tape) storage space currently available for astroparticle physics projects' computing services is of the order of one third of the central computing available for LHC data at the Tier-0 center at CERN. Till the end of the decade the requirements for computing resources are estimated to increase by a factor of 10. Furthermore, this document shall describe the diversity of astroparticle physics data handling and serve as a basis to estimate a distribution of computing and storage tasks among the major computing centers. (Abridged)

研究の動機と目的

• 欧州の宇宙粒子物理学実験の現在および将来の計算リソース需要を評価すること。
• データ量の増加に伴い、現在の計算能力と将来の要件との間のギャップが拡大していることの特定。
• 欧州の計算センター間でのリソース計画および調整の基盤を確立すること。
• より良いインフラストラクチャの割り当てのため、宇宙粒子物理学プロジェクト間でのデータ処理の多様性を特定すること。
• 証拠に基づいたリソースモデリングを通じて、宇宙粒子物理学インフラの長期的持続可能性を支援すること。

提案手法

• 主要な宇宙粒子物理学プロジェクトおよびその計算ニーズに関する包括的調査を実施した。
• LHC Tier-1およびTier-2センターの計算専門家およびアインシュタイン研究所などの専門的な宇宙粒子物理学センターからの入力を収集した。
• 調査対象プロジェクトにおける現在のCPU使用量、短期間のディスク容量、長期的なテープストレージ容量を分析した。
• 検出器システムにおける技術進歩およびデータ増加トレンドに基づき、将来の計算需要を予測した。
• 欧州の計算センター間で計算およびストレージタスクを分配するためのモデルを開発した。
• CERNのLHC Tier-0と比較することで、現在の能力を文脈づけるための比較ベンチマークを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 欧州の宇宙粒子物理学プロジェクトにおける現在の計算リソースの可用性は、CERNのLHC Tier-0と比べてどの程度か？
• RQ2 今後10年間で、宇宙粒子物理学プロジェクトの計算リソース要件はどのように変化するか？
• RQ3 多様な宇宙粒子物理学実験間で、データ処理および処理ワークロードにどのような主な差異があるか？
• RQ4 将来の需要に対応するため、欧州の計算センター間で計算およびストレージリソースを最適に分配する方法は何か？
• RQ5 アインシュタイン研究所のような専門施設は、広範な宇宙粒子物理学計算エコシステムにおいて果たす役割は何か？

主な発見

• 欧州における宇宙粒子物理学の現在の計算リソースは、CERNのLHC Tier-0の約1/3である。
• データ量の増加に伴い、今世紀末までに計算リソース要件は10倍に増加すると予測されている。
• 実験間でのデータ処理の多様性は、計算およびストレージのための柔軟でマルチティアの分配モデルの必要性を示している。
• 長期的なテープストレージは重要な要素であり、今後は短期間のディスク容量を上回る需要が予想される。
• 将来のインフラストラクチャニーズに対応するには、既存のTier-1およびTier-2センターに加え、専門施設との連携が不可欠である。
• 本研究は、欧州の宇宙粒子物理学計算における戦略的計画およびリソース配分の基盤となるホワイトペーパーを提供している。