[논문 리뷰] The Future of High Energy Physics Software and Computing

V. D. Elvira, Steven Gottlieb외 26명|arXiv (Cornell University)|2022. 10. 11.

Distributed and Parallel Computing Systems인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 고에너지물리학(HEP) 소프트웨어 및 계산 분야의 지속적인 리더십을 확보하기 위해 APS 입자 및 장분야 분야(DPF) 내에 영구적인 소프트웨어 및 계산 협의위원회(CPSC)를 설립할 것을 제안한다. 빠른 기술 변화 속에서 미국의 계산적 HEP 분야 리더십을 유지하기 위해 전담 재정 지원, 횡단적 연구개발(R&D), 인력 양성 및 다양성 정책을 추진한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 소프트웨어 및 계산(S&C)이 이제 실험적 하드웨어와 동등한 중요성을 지닌 고에너지물리학(HEP) 분야에서 점점 증가하는 복잡성과 핵심적 역할을 해결한다.
• 검출기 분야의 CPAD 위원회를 모범으로 삼아, 장기적인 조율과 지침을 제공하는 영구적인 소프트웨어 및 계산 협의위원회(CPSC)를 설립한다.
• 프로젝트 수명 주기를 넘어서도 유지되는 핵심 S&C 도구, 예를 들어 이벤트 생성기, 시뮬레이션 프레임워크, 데이터 보존 기술에 대한 지속적 투자를 확보한다.
• 계산적 HEP, 머신러닝, 양자 컴퓨팅, 이종 컴퓨팅 분야의 횡단적 R&D를 지원하여 기술적 리더십을 유지한다.
• S&C 분야에서의 경력 개발과 다양성, 포용성 및 포용성(DEI)를 강화하여 지속 가능하고 포용적인 HEP 인력 유지를 도모한다.

제안 방법

• DPF 산하에 영구적인 CPSC를 설치하여 실험, 이론, 인프라 분야의 S&C 활동을 통합 조율한다.
• 기본 소프트웨어의 장기적 유지보수와 사용자 지원을 위해 전통적인 보조금 주기 외부에서 지원할 수 있는 전담 재정 메커니즘을 추진한다.
• DOE ECP, SciDAC, IRIS-HEP, HEP-CCE와 같은 기존 및 확장된 프로그램을 통해 횡단적 R&D를 촉진한다.
• CPU, GPU, 향후 가속기 등 이종 컴퓨팅 플랫폼에 적합한 소프트웨어 재설계 및 적응을 지원한다.
• 학부생에서 교수직까지의 교육 트랙을 마련하고, 국립연구소와의 공동 임명을 통해 정규직 승진 경로를 창출한다.
• CPSC 주도의 DEI 위원회를 구성하여 S&C 분야에서의 포용성 장벽을 식별하고, 공동체에 실천 가능한 권고안을 제시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HEP 공동체는 개별 실험 또는 시설과 연관되지 않는 핵심 소프트웨어 도구의 장기적 지속 가능성과 유지보수를 어떻게 보장할 수 있는가?
• RQ2 이론, 실험, 시뮬레이션 분야를 아우르는 횡단적 S&C R&D를 지원하기 위해 필요한 제도적 및 재정 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 이종 컴퓨팅 및 급속하게 변화하는 HPC 및 가속기 기술의 요구에 부응하기 위해 HEP 인력은 어떻게 효과적으로 양성되고 유지를 해야 하는가?
• RQ4 국립연구소와 자금 지원 기관은 계산적 HEP 연구자들을 위한 지속 가능하고 정규직 승진 경로를 어떻게 창출할 수 있는가?
• RQ5 혁신과 인력 유지에 기여하기 위해 HEP 소프트웨어 및 계산 분야에서 다양성, 포용성 및 포용성은 어떻게 체계적으로 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 영구적인 소프트웨어 및 계산 협의위원회(CPSC)의 설립은 HEP S&C 분야의 장기적 조율과 전략적 지침을 보장하기 위한 핵심 메커니즘으로 권고된다.
• Geant4, 이벤트 생성기, 데이터 보존 도구와 같은 기본 소프트웨어의 유지보수와 사용자 지원을 위해 표준 보조금 주기 외부에서 지속적인 재정 지원이 필요하며, 현재는 이에 대비되지 못하고 있다.
• 머신러닝, 양자 컴퓨팅, 이종 컴퓨팅을 포함한 계산적 HEP 분야의 횡단적 R&D는 필수적이며, 개념 증명 단계부터 생산 수준까지 지원되어야 한다.
• DOE ECP, SciDAC, IRIS-HEP 등의 프로그램을 통해 HEP 소프트웨어는 가속기 및 엑사스케일 시스템에 이미 상당한 진전을 이룬 바 있다.
• S&C 분야의 경력 개발는 장비 연구개발(R&D)과 동일한 수준으로 격상되어야 하며, 학부 연구에서 교수 및 직원 직위까지의 명확한 진로가 마련되어야 한다.
• HEP S&C 분야에서의 체계적 포용성 장벽을 식별하고 해결하기 위해 전담된 CPSC 주도의 DEI 위원회가 필요하며, 이를 통해 다양한 지속 가능한 HEP 인력 유지를 보장해야 한다.