• Diák 2 – 9 : Mi az a CERN?• általánosságban CERN-ről

• Diák 10 – 19: Mi az az LHC?• Az LHC és kihívásai az adat és a CPU nézőpontjából

• Diák 20 – 36: A Grid• A GRID általánosságban

• Diák 37 – 50: Grid @ CERN• grid projektek CERN-ben (EDG, DataTAG, LCG, Grace, Mammogrid, Openlab)

Rövid video klipek:• CERN 2 percben• Az LHC szimuláció• A Grid

Áttekintés

• CERN a világ legnagyobb részecskefizika központja

• A részecskefizika szól:- az elemi részecskékről, melyekből az Univerzum

minden anyaga áll - elemi erőkről melyek az anyagot összetartják

• A részecskefizika:- speciális eszközöket igényel az új részecskék

megalkotásához és tanulmányozásához

Mi az a CERN? CERN-t képviseli:-~ 2500 személyzeti tudós (fizikusok, mérnökök, …)- Kb. 6500 látogató tudós (a világ részecskefizikusainak fele)

500 egyetemről érkeznek,

80 nemzetet képviselve.

Mont Blanc, 4810 m

Geneva belvárosa

CERN Telephelye

Mi az a CERN?

A részecskefizika speciális eszközei:

• GYORSÍTÓK, hatalmas gépek, melyek fel tudják gyorsítani a részecskéket nagyon magas energiaszintre, mielőtt a többi részecskével összeütköznének

• DETEKTOROK, masszív berendezések, melyek regisztrálják a kapott részecskéket a felgyorsított részecskeütközések esetén

• A fizikusok egymásnak ütköztetik a részecskéket, hogy:- azonosíthassák komponenseiket

- új részecskéket hozzanak létre - felfedjék a közöttük létrejövő interakciók

természetét- létrehozzanak egy ahhoz hasonló környezetet,

amilyen az Univerzumunk keletkezésekor létezett

• Miért? Hogy megválaszolhassunk alapvető kérdéseket, íme: Hogyan keletkezett, indult a Világegyetem? Mi az eredeti esszencia? Milyen az antianyag természete?

Mi az a CERN?

Mi az a CERN?

CERN 2 perces videóban

A World Wide Web itt került kifejlesztésre, a világ fizikusai közötti információmegosztás javítására és

gyorsítására!

Mi az a CERN?

• CERN sok fontos felfedezést tett, de a jelenlegi megértésünk a Világegyetemről még mindig hiányos!

• A Magas Energiájú ütközések kulcsfontosságuak a későbbi sűrűbb részecskék felfedezéséhez (E=mc2)

• Az egyik részecske a teoretikusok jóslata szerint megfoghatatlan marad: ez a Higgs bozon

Mi az a CERN?

• Hogy megválaszoljuk a még mindig nyitva álló kérdéseket, CERN megépíti a Large Hadron Collider-t (LHC)

• Az LHC lesz a legerőteljesebb berendezés ami valaha épült az elemi részecskék tanulmányozására

• Ha a Higgs bozon létezik, az LHC valószínűleg meg fogja találni

Mi az a CERN?

• Az LHC protonsugarakat fog ütköztetni 14 TeV-os energiaszinten.

• A legfrissebb szuper-vezető technológiákat alkalmazva,kb – 3000C-on fog működni, épphogy az abszolút nulla felett.

• A 27 km-es körméretével, ez a gyorsító lesz a legnagyobb szupervezető berendezés a világon.

Mi az az LHC? Az LHC várható

beüzemelése 2007

Négy kísérlet történik ‘katedrális méretű detektorokkal’: ALICEATLASCMSLHCb

Gyorsítók, detektorok, LHC…?

• Egy részecskeütközés = egy esemény

• A fizikusok célja az előállított részecskék megszámlálása, nyomonkövetése és jellemzése, valamint a folyamat teljes rekonstruálása.

• A sávok között jelenlévő “speciális alakzatok” az érdekes interakciók megtörténtét jelzik.

Az egyik útja a Higgs bozon megtalálásának: Olyan jellemző sérült mintázatok találása, melyek 4 müont adnak

Az LHC Adatkihívása

Indulva ezzel az eseménnyel…

Ezt a „jelet” keressük

Szelektivás: 1 in 1013

Olyan, mintha egy embert keresnénk világpopulációk ezreiben!

Vagy egyetlen tűt 20 millió szénakazalban!

Az LHC Adatkihívása

LHC adat

• 40 millió ütközés másodpercenként

• Szűrés után, 100 érdekelt ütközés másodpercenként• Egy Megabájtnyi digitalizált adat tartozik minden ütközéshez = 0.1 Gigabájt/sec-os adatfelvételi ráta• 1010 ütközés kerül rögzítésre évente = 10 Petabájtnyi adat évente

CMS LHCb ATLAS ALICE

1 Megabyte (1MB)Egy digitális fotó

1 Gigabyte (1GB) = 1000MBEgy DVD film

1 Terabyte (1TB)= 1000GBA világ éves könyvvezetése

1 Petabyte (1PB)= 1000TBAz LHC kísérletek éves produktuma

1 Exabyte (1EB)= 1000 PBA világ éves információ többlete

LHC adat

Az LHC adat kb. 20 millió CD-nek felel meg évente!

Concorde(15 Km)

Ballon(30 Km)

CD halom 1 évnyi LHC adattal!(~ 20 Km)

Mt. Blanc(4.8 Km)

Hol fogják tárolni az összes kísérleti adatot?

LHC feldolgozás

• Szimuláció: az elmélettel és a detektor jellemzőinek felmérésével kezdődik, majd annak kiszámításával, hogy a detektornak mit kellene látnia

• Rekonstrukció: a detektor jeleit fizikai tulajdonságokká alakítjuk (energák, részecsketöltés, ..)

• Analízis: Hasonló tulajdonságú ütközések megtalálása, komplex algoritmusok használata a fizika kiterjesztésére…

LHC feldolgozás

Az LHC adatelemzés közelítőleg 100,000 mai leggyorsabb PC processzorral ekvivalens feldolgozóerőt

igényel!Hol fognak találni ekkora teljesítményt a

kísérletek számára?

Számítástechnika CERN-ben

• Magas-áteresztőképességű számítástechnika, a megbízható “commodity” technológián alapulva• Több mint 1000 dupla processzorú PC • Több mint 1 Petabyte adat lemezen és szalagokon

Távolról sem elegendő!

Számítástechnikai háttér az LHC mögött

• Probléma: CERN egyedül csak egy részét tudja nyújtani a szükséges erőforrásoknak

• Megoldás: Számítástechnikai központok, melyek elkülönültek voltak a múltban, be kellene hogy

kapcsolódjanak, egyesítve a világ részecskefizikusainak erőforrásait!  

Európa: 267 intézet4603 felhasználó

Egyéb helyeken: 208 intézet1632 felhasználó

Számítástechnikai háttér az LHC számára: egy probléma?

A Grid: egy lehetséges megoldás!

Mi az a Grid?

• A World Wide Web közvetlen hozzáférést biztosít olyan információhoz, mely gépek millióin került tárolásra különböző földrajzi helyeken

• A Grid viszont egy aktuálisan felbukkanó infrastruktúra, mely közvetlen hozzáférést biztosít a gépi feldolgozóerőhöz és az adattároló kapacitáshoz is, mely megosztva helyezkedik el a Földön.

• A Grid megnevezés Ian Foster és Carl Kesselman nevéhez fűződik (Grid biblia “A Grid: Egy új számítástechnikai infrastruktúra tervrajza”).

• A Grid nevét az elektromos tápfeszültség hálózat analógiája miatt kapta: férjen hozzá a gépi erőforráshoz anélkül, hogy azon aggódna, honnan érkezik, mint egy kenyérpirító az elektromos áramhoz.• Az eszme már jelen van egy ideje, különböző nevek alatt (szétosztott számítógépfelhasználás, metaszámítástechnika, …).

•Ezúttal a technológia olyan helyzetbe került, hogy megvalósíthassa ezt az álmot globális méretekben.

Mi az a Grid?

• A Grid egy előrehaladott szoftvertechnológiára támaszkodik, ez a middleware, mely biztosítja a közvetlen kommunikációt különböző számítógépek között, melyek a világ különböző pontjain vannak

Hogyan fog működni?

• A Grid keresőmotorja nemcsak az adatot fogja megtalálni amire a tudósoknak szükségük van, hanem az adatfeldolgozó technikát és gépi erőt is, a kivitelezéshez

• Szétosztja a számítási feladatot bárhová a világban, ahol szabad kapacitás van, és küldi az eredményt a tudósnak

Hogyan fog működni?A GRID middleware:• Megtalálja a megfelelő helyeket a tudós „munkájának” (számítási feladat) futtatásához

• Optimizálja a szétosztott erőforrások használatát

• Megszervezi a tudományos adatokhoz való hatékony hozzáférést

• Elvégzi a különböző telephelyek hitelesítését, ahol a tudósok dolgozni fognak

• Érintkezik a helyi hitelesítő és erőforrás-elosztó intézkedésekkel

• Futtatja a munkákat

• Megfigyeli a folyamatokat

• Helyreállítja a problémákat

… és ….

Értesíti Önt a munka elkészültéről, és átküldi az eredményt!

Mik a kihívások?

Adatmegosztás megvalósítása tudósok ezrei között, többszörös érdeklődéssel

A nagy számítógépközpontok összekapcsolása, nemcsak a PC-ket

Biztosítani kell minden adat hozzáférhetőségét, mindenkor

Gyors növekedés szükséges, a megbízhatóság évtizedekig való fenntartásával

Kezelnie kell a különböző központok különböző menedzsment stratégiáit

Az adatbiztonság nyújtása: több van mérlegen, mint a puszta pénz!

Futnia kell 2007-re

Előnyök a Tudomány javára

• Hatékonyabb és közvetlenebb együttműködés a különböző közösségek között, mind a tudományosakat, mind a kereskedelmieket tekintve

• Nagy méretű alkalmazások futtatása gépek ezrein egyszerre, az alkalmazások széles skálájára érvényben

• Tiszta hozzáférés a szétosztott erőforrásokhoz az Ön asztali gépéről, vagy még a mobiltelefonjáról is

• Az “e-Science” kifejezés ezek kinyilvánítására született

Grid projektek a világban

•NASA Információs Teljesítmény Grid•DOE Tudományos Grid•NSF Nemzeti Virtuális Obszervatórium•NSF GriPhyN•DOE Részecskefizika adat Grid•NSF TeraGrid•DOE ASCI Grid•DOE Földrajzi Rendszerek Grid•DARPA CoABS Grid•NEESGrid•DOH BIRN•NSF iVDGL

•UK e-Science Grid•Netherlands – VLAM, PolderGrid•Germany – UNICORE, Grid javaslat•France – Grid alapítás jováhagyása•Italy – INFN Grid•Eire – Grid javaslatok•Switzerland - Hálózat/Grid javaslat•Hungary – DemoGrid, Grid javaslat•Norway, Sweden - NorduGrid

•DataGrid (CERN, ...)•EuroGrid (Unicore)•DataTag (CERN,…)•Asztrofizikai Virtuális Obszervatórium•GRIP (Globus/Unicore)•GRIA (Ipari alkalmazások)•GridLab (Cactus Toolkit)•CrossGrid (Infrastrukturális Komponesek)•EGSO (Szoláris Fizika)

Grid Tudományos Alkalmazások

• Orvostudományi/Egészségügyi (leképezés, diagnózis és kezelés )

• Bioinformatika (az emberi génállomány és a genetikai betegségek tanulmányozása)

• Nanotechnológia (új anyagok tervezése molekuláris méretekből kindulva)

• Mérnöki tervezés (tervezés optimalizáció, szimuláció, kudarcanalízis és távoli eszközök irányítása)

• Természeti Erőforrások és Környezet (időjárás előrejelzés, Földkutatás, modellezésÉs komplex rendszerek prognózisa)

Orvostudományi/EgészségügyiAlkalmazások

“A Grid lehetővé teszi a képanyagok nagy kollekcióinak használatát új, dinamikus módokon, az orvosi diagnózist beleértve.”

“A 3D-s orvosi képanyagok használatának lehetősége lesz a kulcs a kórtani és sebészeti tervezések diagnózisaihoz”

“A Grid engedélyezi a szabványosított, szétosztott mammográfia erőforrás használatát a diagnosztikus bizalom javításában”

Quotes from: http://gridoutreach.org.uk

• Digitális képarchívumok

• Együttműködő virtuális környezetek

• On-line klinikai konferenciák

Bioinformatika

“Minden alkalommal, amikor egy génállományt besorolnak, az eredményt összehasonlítják egyéb génekkel, többféleképpen. Minden kód 3.5 billió pár vegyületből áll…”

• A genetikus információ komplex felszabaduló mintázatainak megfogása, egy embrió determinálása és kifejlesztése•A genetikus interakciók megértése, melyek az életforma fejlődési folyamatainak alapját adják, a betegségekét és az evolúcióét.

Nanotechnológia

“A Grid magában hordozza az adatok olyan mértékű tárolásának és elemzésének lehetőségét, amely támogatja az új anyagok teljes sorának olcsó és gyors szintézisét.”

Quotes from: http://gridoutreach.org.uk

• Új, jobb anyagok

• Hozzásegít a gyógyszerkutatáshoz, az agrárkemikáliákhoz, az élelmiszer előállításhoz, az új katalizátorok, fémek, polimerek, szerves és szervetlen anyagok gyorsabb, olcsóbb felfedezéséhez

Természeti Erőforrások/Környezet

“A heterogén adatbázisok föderációi kiterjeszthetők a Griden keresztül, olyan globális komplex kérdéskörök megoldása érdekében, mint amilyen a biodiverzitás.”

Quotes from: http://gridoutreach.org.uk

• Földrengések előrejelzése és modellezése

• Éghajlati változások tanulmányozása és időjárás előrejelzés

• Légszennyezés kontrollálása

• Gazdaságszociológiai növekedés tervezés, pénzügyi modellezés, teljesítmény optimalizáció

A Grid előfutárai

• SETI@home: szabad PC feldolgozóerő megosztása a rádiójelek elemzéséhez

• Napster: adatmegosztás (zene) számítógépek között

• Entropia DCGrid: kereskedelmi megoldás a munkaállomások megosztására egy vállalaton belül

A különség:CERN Gridje gépi erőforrásokat fog kombinálni nagy számítógépközpontokban, melyek kizárólagos felszerelést és kifinomult middleware-t igényelnek az erőforrások megfigyeléséhez és allokációjához

SETI@home: egy Grid őstípus

>1 millió évnyi gépi feldolgozó időintervallum

>3.5 millióan töltötték le a képernyőkímélőt

>30 Teraflopos ráta (ASCI Fehér = 12 Teraflop)

Lerakta a háziipar alapjaitXpulsar@home, Genome@home, Folding@home, evolutionary@home, FightAIDS@home, SARS@home...

És letett a valós ipartEntropia, United Devices, Popular Power...

Nagy korlátozások:Csak a „zavarbaejtően párhuzamos” problémákra megfelelőA Ciklikus öblítés a jóhiszeműségre számít

Hasznos melléktermék SETI@home-tól

Ki fogja használni a Grid-eket?

• Számítástechnikai tudósok & mérnökök: komplex struktúrák nagy méretű modellezése

• Kísérleti tudósok: nagy adatcsomagok tárolása és elemzése

• Kollaborációk: nagy méretű, több intézetet magába foglaló projektek

• Cégek: globális vállalatok és ipari parnterkapcsolatok

• Környezetvédők: klíma megfigyelés és modellezés

• Oktatás & Képzés: virtuális tantermek és laboratóriumok

Grid @ CERNA Grid egy megoldás az LHC számítástechnika igényeire

CERN érintett sok Grid fejlesztési törekvésben világszerte

Grid @ CERN

• CERN projektek:LHC Computing Grid (LCG)

• EC finanszírozott projektek CERN vezetésével:European DataGrid (EDG) + others

• Ipar által finanszírozott projektek:CERN openlab a DataGrid alkalmazásaihoz

LHC Computing Grid (LCG)

Küldetés: • Grid felvonultatási projekt, egy működő Grid telepítésének céljával az LHC kísérletek támogatására, a detektorokból jövő adatok gyűjtésében és elemzésében

Stratégia:• A részt vevő több tucat intézet több ezer számítógépének integrálása globális mértékben egy egységes gépi erőforrássá

• Arra a szoftverre épülve, mely előrehaladott grid technológia fejlesztési projekteken kerül kivitelezésre, Európában és az Egyesült Államokban

LHC Computing Grid (LCG)

Részt vevők:

• Több mint 150 fizikus, számítástechnikai tudós és mérnök a partner kutatóintézetekből a világ minden tájáról

Idővonal:• 2002: kezdő projekt

• 2003: a szolgáltatás megkezdődik (Sept)

• 2002 - 2005: az LHC számítástechnikai környezetének előkészítése és felvonultatása

• 2006 – 2008: az LHC számítástechnikai kiszolgálás beszerzése, felépítése és működtetése

European DataGrid (EDG)

Küldetés: • A szükséges middleware kifejlesztése a Grid tesztágyon való futásához, Európa számítógépközpontjain

Kulcs tulajdonságok:• A legnagyobb szoftverfejlesztési projekt, amit az EU valaha is finanszírozott (9.8 millió euró)

• Három éves időszak a fejlesztésekre és a demókra (2001-2003)

• Három alkalmazási terület: Atomfizika, Földkutatás és Genetikai feltárás

European DataGrid (EDG)

Részt vevők: • 21 partner, több mint 150 programozó kutató és tudományos intézetekből, és ipari vállalatokból egyaránt

Állapot:• Tesztágy hozzávetőlegesen 1000 CPU-val, 15 telephelyen

• A middleware számos javított verziója (a végleges változat 2003-ban jött ki)

• A szoftver számos komponense integrálásra került az LCG-be

• A szoftvert partner projektekben is felhasználták: DataTAG, CROSSGRID

EGEE: Enabling Grids for e-Science in Europe

Küldetés: • 24/7 Grid kiszolgálás kézbesítése az európai tudomány felé; a Grid midleware termelésre való újratervezése és megerősítése; “piaci” Grid megoldások különböző tudományos közösségeknek

• Az első nemzetközi multitudományos produkciós Grid lehetőség

Kulcs tulajdonságok:• 100 millió euró/4 év

• >400 szoftvermérnök + kiszolgáló személyzet

• 70 európai partner

Egy produkciós szolgáltató GRID-hez való hozzáférés megváltoztatja a tudomány előrehaladását, és sokminden történt még Európában

Egy genetikus egy konferencián, megihletve attól amit hallott, képes lesz egy komplex

biomolekuláris szimulációt indítani mobiltelefonjáról.

Mérnökhalgatók csoportjai képesek lesznek a Grid használatával a legfrissebb 3D-s tervezőprogramokat futtatni laptpjaikon.

Egy tudósokból álló nemzetközi hálózat képes lesz modellezni a Duna új áradását valós időben, az európai központok meteorológiai és geológiai adatait felhasználva.

Az EGEE Jövőkép

Küldetés:• Transzantlantikus Grid kommunikációs hálózati megoldások kifejlesztése.

Állapot:• Friss adatátviteli sebességrekord: 1 TeraBájtnyi adatot vitt át egy óra alatt SLAC és CERN között (egyenértékű 200 DVD filmmel vagy egy CD-vel 2.3 másodpercenként).

DataTAG

GRACE

Háttér:• A mai keresőmotorok rendkívül központosítottak. Ahhoz hogy indexeljenek egy dokumentumot, le kell tölteniük, fel kell dolgozniuk és ellátni az indexszel – mindezt egy központi helyen.

Küldetés:• Egy decentralizált keresőmotor kifejlesztése, mely az információ dinamikus kategorizációját is nyújtja. Grid technológiát használva, és szemantikai eszközöket.

MammoGrid

Háttér:• A mammográfia segítségével felállított korai diagnózis javítja a prognózist, DE a begyűjtésnél a minőségirányítás, és a hatékony adatmenedzsment életbevágó.

Küldetés:

• Egy bemutató nyújtása a járványtani használathoz, minőségirányítás és a számítógéppel támogatott érzékelési algoritmusok kiértékelése.

Állapot:

• Egy olyan Grid-engedélyezett mammográfiai adatletét felépítése a kutatás és képzés kiszolgálása érdekében, mely elég nagy statisztikai mintákat tartalmaz.

CERN openlab a DataGrid alkalmazásainak

Küldetés: • Tesztágy az élenjáró Grid hardverek és szoftverek részére

• Ipari konzorcium a Grid-hez kapcsolódó közös érdeklődésnek örvendő technológiákért

• Kiképzőterep az új generáció mérnökeinek, hogy a Grid-ről tanulhassanak

Partnerek:• CERN• ENTERASYS• HP• IBM• INTEL

CERN openlab a DataGrid alkalmazásainak

CERN nyílt klaszter: • Egy ultramagas teljesítményű számítógépi klaszter felépítése • A DataGrid-hez való kapcsolása és a teljesítmény tesztelése• Az LHC számára hasznos jövőbeni technológiák lehetőségeinek kiértékelése

Diák Program:• diákcsoportok kézzelfogható tapasztalatokat szerezhetnek a legfrissebb Grid hardver és szoftvertechnológiákkal

• megnézhetik, hogyan fejleszti CERN partnereivel a Grid technológiát a különböző tudományos és ipari célokra

• külső laboratóriumlátogatások és speciális beszélgetések meghívások alapján

Grid @ CERN

The Grid Movie