Department of Computational Physics and Information Technologies

Transcriere

1 Departamentul Fizica Computationala si Tehnologii Informationale INTALNIRE CU ELEVII COLEGIULUI NATIONAL DE INFORMATICA TUDOR VIANU BIBLIOTECA NATIONALA DE FIZICA INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE PENTRU FIZICA SI INGINERIE NUCLEARA HORIA HULUBEI Mihnea Dulea, DFCTI, IFIN-HH 1

2 Departamentul Fizica Computationala si Tehnologii Informationale PROGRAM INTALNIRE Prezentarea INCD pentru Fizica si Inginerie Nucleara (FIN-HH) Ce este fizica computationala Prezentarea Departamentului de Fizica Computationala si TI - DFCTI Acceleratorul LHC si colaborarea Worldwide LHC Computing Grid Participarea DFCTI si a Federatiei Romane RO-LCG la WLCG Infrastructura de calcul a DFCTI Participarea la HP-SEE Infrastructura de Calcul Avansat din Europa de SE Condensarea Bose-Einstein [Dr. Alexandru Nicolin] Dinamica condensatelor Bose-Einstein [Dr. Mihaela Raportaru] Nanostructuri semiconductoare [Dr. Camelia Visan] Simulari de Dinamica Moleculara [Drd. Ionut Vasile] Vizitarea DFCTI si a Centrului de Calcul Vizita la Facultatea de Fizica 2

3 Institutul National de Fizica si Inginerie Nucleara Horia Hulubei DATE GENERALE Cel mai mare INCD ~ 700 angajati ~ 400 cercetatori atestati 10 departamente 15 laboratoare DOMENII DE CERCETARE Fizica Fundamentala Fizica Nucleara si Astrofizica Fizica Particulelor Fizica Atomica Fizica Starii Condensate Fizica Matematica Fizica Computationala Fizica Vietii si a Mediului Fizica Aplicata Sisteme detectie avansate Siguranta nucleara Protectie la radiatii Produse radioactive Radioecologie Biomedicina nucleara Tehnici nucleare si aplicatii Sisteme avansate de comunicare de date Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics (ELI-NP) 3

4

5 Despre intrebari, haos, calcule numerice si complexitate 1/2 In cercetare conteaza in primul rand CE INTREBAM? The Hitchhiker's Guide to the Galaxy A group of hyper-intelligent pan-dimensional beings demand to learn the Answer to the Ultimate Question of Life, The Universe, and Everything from the supercomputer, Deep Thought, specially built for this purpose. It takes Deep Thought 7½ million years to compute and check the answer, which turns out to be 42. The Ultimate Question itself is unknown. Pune-ti intrebari care au sens. Altfel, risti sa-ti pierzi timpul cautand raspunsuri inutile Ce putem intreba in mecanica clasica Legea a 2-a a dinamicii -> formula pt. traiectoria unui corp sub actiunea unor forte, daca se cunosc conditiile initiale. Solutii analitice (formule) se obtin si pentru 2 corpuri aflate in interactie Pentru 3 corpuri care interactioneaza nu este intotdeauna adevarat. Ex: Problema (restransa) a celor 3 corpuri Un sistem de 2 stele pe o orbita circulara si o planeta situata in centrul de masa, constranse sa se miste intr-un plan. Echilibrul nu este stabil. Perturbatii mici ale pozitiei initiale de echilibru a planetei conduc la traiectorii haotice => Problema nu are o solutie analitica. Raspunsul la intrebarea Care este pozitia planetei dupa un interval de timp t? necesita calcularea numerica a pozitiei planetei in fiecare moment anterior => complexitate CONCLUZIE: Caracterizarea evolutiei unor sisteme cu numar mic de particule prin parametri asociati particulelor se poate face doar numeric 5

6 Despre intrebari, haos, calcule numerice si complexitate 2/2 Ce putem intreba in sisteme macroscopice Cum poate fi caracterizata starea sistemelor cu numar foarte mare de particule (N~10 23 ) in interactie? Este imposibil sa fie caracterizate prin valorile marimilor cinematice (pozitie, impuls, ) ale particulelor Termodinamica furnizeaza parametri macroscopici, masurabili, care caracterizeaza starea sistemului. Care sunt valorile parametrilor termodinamici? Sisteme macro/bio/moleculare Sisteme formate dintr-un numar de componente (atomi) de ordinul Exemplu: proteinele. Permit simularea numerica, pe sisteme de calcul de inalta performanta (calcul paralel). "We carry out computer simulations in the hope of understanding the properties of assemblies of molecules in terms of their structure and the microscopic interactions between them. This serves as a complement to conventional experiments, enabling us to learn something new, something that cannot be found out in other ways. The two main families of simulation technique are molecular dynamics (MD) and Monte Carlo (MC). [M.P.Allen, Computational Soft Matter: From Synthetic Polymers to Proteins,Lecture Notes,Norbert Attig & al (Eds.), John von Neumann Institute for Computing, Julich, NIC Series, Vol. 23, pp. 1-28, 2004] 6

7 Departamentul Fizica Computationala si Tehnologii Informationale Investigarea sistemelor fizice complexe prin metode de calcul numeric avansat Utilizam infrastructura de calcul de top a departamentului pentru studii privind modelarea si simularea numerica a unor fenomene fizice de interes actual in colaborari internationale Intelegerea Universului depinde de sistemele de calcul. Participam la prelucrarea si analiza datelor experimentale obtinute la acceleratorul LHC - CERN in scopul elucidarii unor probleme fundamentale ale fizicii contemporane ( particula Higgs, Big Bang, antimaterie ). Calcul performant: participam la infrastructura de calcul avansat din Europa de Sud-Est, cu rol in formarea specialistilor in calcul paralel. Securitate nucleara: detectarea vibratiilor din miezul reactorilor nucleari prin analiza zgomotului pe care il produc in spectrul neutronilor. Fenomene cuantice macroscopice Nanostructuri semiconductoare Rezistenta bacteriilor la antibiotice 7

8 LEP = Large Electron-Positron collider LHC = Large Hadron Collider 8

9 De ce este necesar si cum functioneaza acceleratorul LHC LHC = Large Hadron Collider necesar pentru raspunsuri la probleme fundamentale: Productia de noi particule, pt. explicarea existentei materiei si a energiei intunecate (observata experimental) Elucidarea naturii masei, prin confirmarea existentei particulei Higgs (necesara E=mc 2 mare deoarece este masiva) Testarea modelelor matematice (Modelul Standard) la energii mari Etc. Duoplasmotron: H 2 ionizat -> plasma -> fascicul de protoni LINAC2: accelereaza protonii de la 100 kev -> 50 MeV PS Booster: accelereaza protonii de la 50 MeV -> 1.4 GeV Proton Synchrotron (PS) : accelerare de la 1.4 GeV -> 25 GeV Super Proton Synchroton (SPS): 25 GeV -> 450 GeV Large Hadron Collider (LHC): 450 GeV -> 7 TeV; v=0,999 c Mentinerea si accelerarea protonilor pe traiectorie in sincrotron F = q(ee +vv B ) se folosesc campuri cu inductie B variabila si campuri E de radiofrecventa, sincronizate cu viteza particulei magnetii supraconductori dispusi de-a lungul traiectoriei accelereaza, curbeaza si focalizeaza fascicolul de protoni. => 9

10 Detectori / Experimente Protonii se ciocnesc in 4 locatii ale LHC producand, printre altele, particulele de interes Particulele interesante se dezintegreaza rapid -> alte particule mai putin interesante Produsii de dezintegrare neinteresanti se imprastie in toate directiile Detectorii intercepteaza si analizeaza produsii de dezintegrare -> input pentru Reconstructia partii de interes a ciocnirilor folosind tehnica de calcul 10

11 Suport computational pentru experimente de la acceleratorul LHC Stocarea si procesarea datelor obtinute la LHC In principiu, se poate produce o particula Higgs la 300 miliarde de interactii Acceleratorul genereaza 40 de millioane de ciocniri de particule (evenimente) pe secunda in centrul celor 4 detectori => Acumularea anuala a 15 PB de date experimentale. LHC Computing Grid (LCG) si colaborarea WLCG (Worldwide LCG) O retea distribuita de centre de calcul (site-uri grid) cu capacitati de procesare si stocare de date, coordonata de CERN Structura ierarhica: 1 centru Tier-0, 11 centre Tier-1, 150 centre Tier-2, in 34 de tari pe 5 continente 11

12 TOPOLOGIA RO-LCG Romania participa la WLCG cu Federatia Romana Tier-2 RO-LCG, coordonata de DFCTI Site-uri (centre de resurse) grid: IFIN-HH: NIHAM (alice) RO-02-NIPNE (atlas) RO-07-NIPNE (alice, atlas, lhcb) RO-11-NIPNE (lhcb) ISS = Institutul de Stiinte Spatiale: RO-13-ISS (alice) ITIM = INCD pentru Tehnologii Izotopice si Moleculare din Cluj-Napoca: RO-14-ITIM (atlas) UAIC = Universitatea 'Alexandru Ioan Cuza' din Iasi RO-16-UAIC (atlas) NOC = Centrul National de Operatiuni RoEduNet , RO-LCG2012, Cluj 12

13 PARTICIPAREA RO-LCG LA COLABORAREA WLCG CONTRIBUIE WLCG LA ACCELERAREA CERCETARII? Descoperirea particulei de tip Higgs "has only been possible because of the extraordinary achievements of the experiments, infrastructure, and the grid computing" (Rolf Heuer, director CERN, ) ROLUL RO-LCG In calitate de centru Tier-2, RO-LCG are urmatoarele sarcini: furnizeaza capacitati de stocare pe disc si putere de calcul pentru simularile Monte Carlo si analiza de date necesara pentru 3 experimente (Alice, Atlas, LHCb); indeplineste conditii de disponibilitate a resurselor si serviciilor grid conform service level agreement (SLA) convenit in Memorandumul de Intelegere WLCG (disponibilitate minima anuala de 95%, conectivitate minima de 10 Gbps cu reteaua europeana GEANT pt. educatie si cercetare) Resursele RO-LCG: 7 grid centres ~ 5000 cores ~ 1.8 PetaBytes capacitate stocare 13

14 INFRASTRUCTURA DE CALCUL Centrul de calcul" Centrul de date <

15 HP-SEE PROJECT 1/3 Coordinator: GRNET, Greece Parteneri: tari din Balcanii de vest, Greece, Turkey, Bulgaria, Romania, Rep. Moldova, Caucazul de sud. 15

16 HP-SEE PROJECT 2/3 VRCs supported: Computational Physics, Computational Chemistry, Life Sciences 16

17 HP-SEE PROJECT 3/3 The calls were opened in Sept Pilot call - 20 submissions: 5 RO (CP, meteorology, life sciences) ; 5 GR, 2 BG,... Fast track access - 3 submissions: 1 RO (astrophysics);... 17

18 PERSPECTIVE INFRASTRUCTURA INFRASTRUCTURA: Cladire Centru de Calcul Avansat (2013). SUNTETI BINEVENITI! 18