Roteiro: Alberto Santoro Lafex/CBPF LISHEP INTRODUÇÃO Novos Parâmetros - Novos Desafios. - Novas Iniciativas Participação na GRID

2

Roteiro:

III -

CONCLUSÃO

Ciência & Tecnologia

I -

INTRODUÇÃO

Novos Parâmetros - Novos Desafios

II -

Novas Iniciativas

Participação na GRID

Alberto Santoro

Lafex/CBPF

LISHEP2001

8-12 Janeiro 2001

Nós vimos no decorrer

desta semana uma

parte da evolução da

Física de Partículas no

século passado.

Em geral, a

Instrumentação é

inventada para nos

trazer maior

conhecimento.

Há instrumentação

para cada observável.

Estas são ferramentas que nos ajudam a escrever a

história do Universo.

Para melhor conhecer os objetos Microscópicos e

Macroscópicos inventou-se a instrumentação:

- Os Aceleradores de Particulas

Sondagem da Matéria

- Os Detectores

São os olhos que gostariamos de ter

- Os Computadores

A memória e a velocidade de calcular que

gostaríamos de ter

- O Telescópio

Historia Resumida da Computação e Novas Fronteiras

>2000 anos - O Abacus

Talvez o mais velho computador, ainda usado por

um grande número de pessoas.

1642 - Blaise Pascal contruiu a Primeira Máquina

de calcular para ajudar seu pai que era um

coletor de impostos.

1671 - Gottfried Wilhelm von LEIBNIZ inventou (1671) um

computador que foi construido em 1694

1945 - Surpreso e curioso pelo sucesso do ENIAC John VON NEUMANN iniciou

estudos teóricos de computação. Von Neumann fez importantes contribuições

a Mecânica Quantica, Fundamentos da Matemática, Lógica, Meteorologia e

teoria dos jogos. Entre outras contribuições a computação ele inventou o BIT.

1940 - Eletrônica Digital - Primeiros Computadores

1919 - John Presper Eckert & John William Mauchly

inventaram o computador eletrônico digital,

mas os primeiros custaram a aparecer.

1800 - Máquinas Mecânicas - Cartas Perfuradas

1900 - Cartas Electromecânicas

Aparentemente, John V. Atanasoff, teve a mesma idéia em

1930 e conseguiu o reconhecimento nos anos 70 da sua autoria do

ENIAC(?)

"Electrical Numerical Integrator And Calculator" (ENIAC).

Difference Engine de Charles Babbage

em 1820

2000 - Presente: Grande fusão, Pc-lização, Comunicação Mundial,

1965 - 2a. Geração: Comp. De Propósito Geral: IBM, DEC, COBOL, Basic,

Circuitos Integrados

1960 - 1a. Geração de Comp. Comerciais:Univac, Fortran,

1971 - 3a. Geração: 1o. Chip Microprocessador - Pascal, C e UNIX

1975 - Minicomputador, Microcomputador,Window, Mouse, Cray SuperComp

1980 - PC, Apple, Microsoft, Processadores Vetoriais

1984 - Computação Paralela - Farms - OO/C++

1990 - Comp. Massivamente Paralela - Internet, WEB

1995 - Explosão das Redes

Na Física de Altas Energias o Computador Tem Grande

Aplicação:

4. Reconstrução dos Dados

-Processamento Paralelo

-Processadores rápidos

-Leitura, Escritura e Armazenamento de Dados

3. Tomada de Dados

-Simulação da Eletrônica e dos Gatilhos (Trigger)

-Programação on-line

-Registro de Dados

2. Detectores

-Simulação

-Projeto

-Contrôle

1. Aceleradores de Particulas

-Simulação

-Projeto

5. Software

-de Desenvolvimento

-de sistemas (baixo nível de programação)

-de Administração (CVS, CMS,…)

-Linguagens

-Simulação em Geral

9. Gerais:

CERNLIB, Monte Carlo, Realidade Virtual

8. Comunicação

-redes

-email

-WWW

7. Análise de Dados

-Estatística, histogramação (PAW,Root,…)

-Acesso rápido -Altas taxas de I/O

6. Armazenamento de Dados

-criação de Bancos de Dados

-estações de trabalho dedicadas

-fitas de maior densidade

* A Eletricidade no século passado, O Computador neste

século? Viveríamos sem eles?

Supercomputação

Educação

Publicações

Transporte

Comunicação

Medicina

Pesquisa/Partículas

Idéias

Fotografia

Perguntas e Respostas

* Existem atividades que não faz uso do Computador?

Uma Explosão

de Aplicações

Como evoluiu o computador e porque?

Quais os principais parâmetros?

Vejamos segundo os físicos.

CPUs, Paralelismo

Supercomputação

Estocagem

de dados

Evolução das Tecnologias usadas nos Sistemas de Aquisição

de Dados e Arquiteturas

13

Principal

Finalidade :

Origem das Massas (Higgs)

Resumindo:

(Energia,

Luminosidade), #eventos,

Tamanho do Evento,….

LHC

14.TeV

Feixe de prótons

Estocagem :

1 Petabyte/Ano = 1600 m of CD-ROM

ou 5 Torres Eiffel.

Evento típico

DAQ,….

Novos Detectores,

# de Pesquisadores,

Novas CPUs,

Eletrônica mais rápida,

7. Outros Projetos menores (Embratel, Cepel,…) (1993)

1. Projeto ACP1 (1985 - 1987)

2. Projeto ACP2, ACPMAPS (1988 - 1995)

3. Client/Server - FARM-IBM (1995 - 1997)

4. CPS - (1990)

5. Rede Heterogênea

(VMS+NOVELL+UNIX+WINDOWS) (1987)

6. CHEP95 - Uso pioneiro de Videoconferência Internacional

fazendo uso da Internet (1995)

15

Quatro Experimentos -

Desafios: do Petabyte ao Exabyte

Dados escritos em “tape” ~5 Petabytes/Ano ou mais (1 PB = 10

15

_Bytes)

0.1 to 1 Exabyte (1 EB = 10

18

_Bytes)

(~2010) (~2020 ?) Total for the LHC Experiments

C

M

S

,

Higgs

e Novas Partículas;

Quark-Gluon Plasma;

Violação CP;

Diffractive Production

proton

proton

Protons

espalhados

Nossa proposta, projetos próximo futuro:

- D0 : produção de eventos de Monte Carlo

- CMS/LHC ---> GRID

-1989 Tim Berners-Lee, e collaboradores inventaram a

World Wide Web -

WWW

- para responder a uma

necessidade dos experimentos da era LEP e Tevatron

LEP,TevI -

WWW

LHC + New World of

WWW

GRID

O Que é a GRID?

-A GRID é a internet levada as suas últimas consequências.

É a forma de organizar a computação (científica) a nível

mundial. Distribuição Global do Poder de CPUs.

18

-O desejo de seus idealizadores é fazer com que

o usuário/consumidor tenha o mesmo procedimento que

aquele de ligar na tomada um aparelho eletrodoméstico.

Isto é, Não nos perguntamos se a eletricidade vem de

Itaipú ou de Angra ou de qualquer outro lugar.

Funciona !

Como seria nosso Modelo?

-A GRID seria um conjunto de recursos computacionais a nível

mundial constituído por supercomputadores, fazendas de

processadores discos, databases, informação, ferramentas

de colaboração e pessoas, ligadas por uma rêde de Alta

Velocidade.

19

France

_Germany

Italy

_USA

622 MB/s

CERN

Distributed Analysis System

622 Mb/s

100-1000 Mb/s

~4 TIPS

only for CMS

BRAZIL

~7TIPS

1 TIPS = 25.000 SpecInt9

1 PC(1 GHz) ~ 50 SpecInt95

3500 Pcs = 7 TIPS

622 MB/s

T0

650K SI95

20 TIPS (~10KPCs)

540 Tbytes disk

Robots

Offline

Farms

20 TIPS

T1

4 - 7 TIPS

110 TB disk

National

Centers

3500 PCs

Regional

Centers

Regional

_Centers

Regional

Centers

Regional

_Centers

2.4 Gb/s

T2

1 TIPS - 25K SI95

20 TB disk - 500 PCs

Institutes

_Institutes

Institutes

T3

0.25 TIPS

~TB disk

125 PCs

T4

Individual

Machines

On line

system

100MB/s

O que é a BRASDAS?

- LINUX OS

- Uma capacidade de estocagem de alguns Petabytes

(CDF e D0, cada um produzirá 450 TB/ano. Para o LHC

calcula-se um fator 2 - 4 x)

- 3500 CPUs em Processamento Paralelo; Na tecnologia presente

de 1 GHZ cada.

220 c

m

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60 cm

22

3.500 CPUs = 70 Unidades como esta

Formando a Primeira Unidade Central

1

2 3

4

5 6

7

8 9

10 11 12

N1 N2 N3 N4

13 14 15

16 17 18

19 20 21

22 23 24

N5 N6 N7 N8

49

50

T1

T2

T3

T4

N9

N10

25 26 27

28 29 30

31 32 33

34 35 36

N11 N12 N13 N14

37 38 39

40 41 42

43 44 45

46 47 48

N15 N16 N17 N18

CPUs

Nobreak

Disk

Array

23

Instituto/Univ. 1

Instituto/Univ. 2

Instituto/Univ. 3

LNCC

UERJ

CBPF

IFT

USP

UFBA

UFRGS

UFRJ

……..

?

O CERN -fundado nos anos 50

-Com a Missão: Estudar a Natureza

da Natureza

-20 Países membros Europeus.

7000 Cientistas - 80 Nacionalidades

Com quem?

-Parceiros Internacionais

_{-Parceiros Nacionais}

Parceiros Internacionais

500 M$US

O FERMILAB -fundado nos anos 70

-Com a Missão: Estudar a Natureza

da Natureza

-Laboratório Nacional Americano.

3000 Cientistas -

200 M$US

•

 

Universidades

•

 

Institutos

Parceiros Nacionais

sede

Indústrias e Empresas de Computação

Industriais de Petrópolis

Petrópolis Tecno-polo I

Projeto Brasdas

Brasdas

D0

&

CMS

Possíveis tópicos de Ciência e Tecnologia:

-Aplicações vindas de vários setores Científicos que

necessitam de supercomputação

Novas sugestões são bem vindas.

-Desenvolvimento de Software Científico

(Root, PAW, Cernlib, GEANT, ……)

-Distribuição e Acesso aos dados de Física para Análise local.

-Gerência e Estocagem de uma grande amostra de dados

(Petabytes)

-Processamento paralelo com milhares de CPUs

-Física Difrativa, Top, Higgs...

- Encubadora de Assistência Técnica

-Networks a (600 MB - 2 GB)

Grupos de Trabalho:

-Um resultado foi

desenhar a comunicação

a nível mundial criando

uma hierarquia natural de

participação. Os "Tiers"

(Camadas ou Níveis) que

são classes das

Unidades de Computação.

Criou-se o

MONARC - Models of Networked Analysis

at Regional Centres

for LHC Experiments que está

desenvolvendo toda a GRID do CMS

&

Computação e Comunicação Perspectivas para o LHC

- A quantidade de dados transmitida pela WWW em Janeiro

de 2000

- A quantidade de dados transmitida pela Companhia

Telefônica (=100 milhões de chamadas telefônicas), ou

- A quantidade de dados de um dia do Cern de Hoje, ou

transmitidos para a rede o equivalente a:

Durante um SEGUNDO de produção de dados do LHC serão

Taxa de Transmissão de Dados

O Número de processadores no LHC = ao número de

workstations e PCs rodando hoje no CERN (~10.000)

Processadores

No Cern (~1980) Descoberta dos Bosons W e Z - comparável

a um Computador Moderno de 1995

MONARC: Hierarquia dos Centros Regionais

(Worldwide Data Grid)

~100 MBytes/sec

FranceCentre

Os Blocos de Prótons se

cruzam a cada 25 nsecs.

100 triggers per second

Event is ~1 MByte in size

Fisicos trabalhando em Vários Canais

de Analises.

Cada Instituto tem ~10 físicos

trabalhando em um ou mais canal

Sistema Online

~PBytes/sec

Italy Center

UK Center

~622 Mbits/sec

Offline Farm,

CERN Computer

Center > 20 TIPS

Tier 0 +1

~0.6 - 2.5 Gbits/sec

+ Air Freight

FNAL Center

Tier 1

Physics data cache

Institute

Institute

Institute

Institute

~0.25TIPS

Tier 3

Workstations

Tier 4

100 - 1000

Mbits/sec

Tier2 Center

~2.4 Gbits/sec

Tier2 Center

Tier2 Center

Tier2 Center

Tier2 Center

Tier 2

GriPhyN: FOCO Na Universidade

com Base em Centros Tier2

Experimento

CONCLUSÃO

- O Brasdas é um Projeto de Desenvolvimento que traz

consigo o que chamamos de casamento estratégico

entre

Ciência e Tecnologia.

Ciência & Tecnologia

-Permite fazer física de fronteira

-Permite desenvolvimento de Competências

necessárias no próximo século.

Pesquisa Básica-

Formação de Pessoal

-Indústria

(MCT, MEC e MIC a nível de governo, + Empresários.

-O Brasdas permite juntar

- O Supercomputador passará para cima da sua mesa

•

 

E sobretudo abre oportunidades para a participação em uma

das maiores experiências do começo do próximo milênio.

•

 

Há muitos problemas a resolver durante o desenvolvimento

de um Projeto/proposta como este.

• 

O primeiro problema a ser resolvido: Construir uma

Colaboração Regional, Nacional e Internacional como um

instrumento de cooperação e desenvolvimento.

•

 

Contribue fortemente para a formação de pessoal

•

 

Nos permitirá de forma quase automática a repassar

35

-Desafios para o próximo século

(Tecnologias)

•

  Finalmente: Energias mais altas permitirá o envio de sondas a

regiões menores da matéria até o “vazio” (?)

Para realizar um programa cientifico como o mencionado é fundamental

inventar novas tecnologias para experimentação, tais como:

• 

A aceleração de Particulas diferente das tecnologias atuais

•

 

Novos materiais para detectores, mais resistentes a radiação

•

 

Eletrônica mais rápida + Fotônica

•

  Computação na era do Perabyte e além deste

.

1 Perabyte = 10

3

_{Terabytes = 10}

6

_{Gigabytes =}

= 10

9

_{Megabytes = 10}

12

_{KB= 10}

15

_Bytes

• 

Linguagens mais inteligentes.

•

 

Redes e satélites de comunicação mais rápidas

.

•  Convencer as classes dominantes e a sociedade como um todo que

a física deve continuar a se desenvolver mesmo sem guerra.