[论文解读] 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 9

一句话总结

本文提议在高能物理（HEP）领域内设立一个永久性的软件与计算协调委员会（CPSC），以确保美国在快速技术变革背景下持续引领计算HEP领域。该提案倡导针对特定领域的资金支持、跨领域研发、人才队伍建设以及多样性举措，以维持美国在计算HEP领域的领导地位。

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.

研究动机与目标

• 应对高能物理（HEP）中软件与计算（S&C）日益复杂且至关重要的角色，其重要性如今已与实验硬件相当。
• 设立一个常设的软件与计算协调委员会（CPSC），为HEP S&C提供长期协调与指导，类似于探测器协调委员会（CPAD）的模式。
• 确保对关键S&C工具的持续投入，包括事件生成器、模拟框架和数据保存技术，超越单个项目的生命周期。
• 支持计算HEP、机器学习、量子计算和异构计算等跨领域研发，以保持技术领先地位。
• 加强S&C领域的职业发展以及多样性、公平性和包容性（DEI）工作，以建立一个可持续且包容的HEP人才梯队。

提出的方法

• 提议在DPF下设立常设CPSC，以协调各实验、理论和基础设施领域的S&C工作。
• 倡导设立专项资助机制，支持基础软件的长期维护和用户支持，超越常规资助周期。
• 通过现有及扩展项目（如DOE ECP、SciDAC、IRIS-HEP和HEP-CCE）推动跨领域研发。
• 支持代码重构与适配，以适应异构计算平台，包括CPU、GPU和未来加速器。
• 建立从本科到教职岗位的培训通道，包括与国家实验室联合任命，设立tenure-track岗位。
• 成立由CPSC主导的DEI委员会，识别并解决S&C领域中包容性障碍，为社区提供可执行的改进建议。

实验结果

研究问题

• RQ1 HEP社区如何确保关键软件工具的长期可持续性与维护，这些工具不依附于特定实验或设施？
• RQ2 支持理论、实验和模拟领域之间跨领域的S&C研发，需要哪些制度与资助机制？
• RQ3 如何有效培训并留住HEP人才，以应对异构计算和快速演进的高性能计算（HPC）与加速器技术的需求？
• RQ4 国家实验室和资助机构在为计算HEP研究人员创建可持续的tenure-track职业路径方面可发挥何种作用？
• RQ5 如何系统性推进HEP软件与计算领域的多样性、公平性与包容性，以支持创新与人才保留？

主要发现

• 建议设立常设的软件与计算协调委员会（CPSC）作为核心机制，以确保HEP S&C的长期协调与战略指导。
• 需要针对特定领域、持续性的资金支持，用于维护和用户支持基础软件，如Geant4、事件生成器和数据保存工具，这些目前在常规资助周期中仍显不足。
• 计算HEP的跨领域研发（包括机器学习、量子计算和异构计算）至关重要，应从概念验证阶段支持到生产规模。
• 通过DOE ECP、SciDAC和IRIS-HEP等项目，HEP软件在适配加速器和百亿亿次系统方面已取得显著进展。
• S&C领域的职业发展必须与仪器研发R&D同等重视，需建立从本科研究到教职及岗位的清晰路径。
• 需设立专门的CPSC主导DEI委员会，识别并解决HEP S&C中系统性包容障碍，确保人才多样性与可持续发展。