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

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2 Roteiro: I II III Alberto Santoro Lafex/CBPF LISHEP INTRODUÇÃO Novos Parâmetros - Novos Desafios - Novas Iniciativas Participação na GRID - CONCLUSÃO Ciência & Tecnologia 8-12 Janeiro

3 Nós vimos no decorrer desta semana uma parte da evolução da Física de Partículas no século passado. Há instrumentação para cada observável. Em geral, a Instrumentação é inventada para nos trazer maior conhecimento. 3

4 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 Estas são ferramentas que nos ajudam a escrever a história do Universo. Agora, nós queremos falar sómente dos Computadores 4

5 Historia Resumida da Computação e Novas Fronteiras >2000 anos - O Abacus Talvez o mais velho computador, ainda usado por um grande número de pessoas Técnicas Numéricas, Máquina Calculadora Blaise Pascal contruiu a Primeira Máquina de calcular para ajudar seu pai que era um coletor de impostos Gottfried Wilhelm von LEIBNIZ inventou (1671) um computador que foi construido em

6 Máquinas Mecânicas - Cartas Perfuradas Difference Engine de Charles Babbage em Cartas Electromecânicas John Presper Eckert & John William Mauchly inventaram o computador eletrônico digital, mas os primeiros custaram a aparecer Eletrônica Digital - Primeiros Computadores "Electrical Numerical Integrator And Calculator" (ENIAC). Aparentemente, John V. Atanasoff, teve a mesma idéia em 1930 e conseguiu o reconhecimento nos anos 70 da sua autoria do ENIAC(?) 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. 6

7 1960-1a. Geração de Comp. Comerciais:Univac, Fortran, a. Geração: Comp. De Propósito Geral: IBM, DEC, COBOL, Basic, Circuitos Integrados a. Geração: 1o. Chip Microprocessador - Pascal, C e UNIX Minicomputador, Microcomputador,Window, Mouse, Cray SuperComp PC, Apple, Microsoft, Processadores Vetoriais Computação Paralela - Farms - OO/C Comp. Massivamente Paralela - Internet, WEB Explosão das Redes Presente: Grande fusão, Pc-lização, Comunicação Mundial, >>>>G R I D. 7

8 Na Física de Altas Energias o Computador Tem Grande Aplicação: 1. Aceleradores de Particulas -Simulação -Projeto -Controle, Monitoragem e Segurança 2. Detectores -Simulação -Projeto -Contrôle 3. Tomada de Dados -Simulação da Eletrônica e dos Gatilhos (Trigger) -Programação on-line -Registro de Dados 4. Reconstrução dos Dados -Processamento Paralelo -Processadores rápidos -Leitura, Escritura e Armazenamento de Dados 8

9 5. Software -de Desenvolvimento -de sistemas (baixo nível de programação) -de Administração (CVS, CMS, ) -Linguagens -Simulação em Geral 6. Armazenamento de Dados -criação de Bancos de Dados -estações de trabalho dedicadas -fitas de maior densidade - drivers mais rápidos 7. Análise de Dados -Estatística, histogramação (PAW,Root, ) -Acesso rápido -Altas taxas de I/O 8. Comunicação -redes - -WWW 9. Gerais: CERNLIB, Monte Carlo, Realidade Virtual 9

10 Perguntas e Respostas * Existem atividades que não faz uso do Computador? * A Eletricidade no século passado, O Computador neste século? Viveríamos sem eles? Supercomputação Comunicação Educação Publicações Uma Explosão de Aplicações Idéias Transporte Medicina Fotografia Pesquisa/Partículas 10

11 Como evoluiu o computador e porque? Quais os principais parâmetros? Vejamos segundo os físicos. CPUs, Paralelismo Estocagem de dados Supercomputação 11

12 Evolução das Tecnologias usadas nos Sistemas de Aquisição de Dados e Arquiteturas 12

13 Resumindo: LHC 14.TeV Novos aceleradores (Energia, Luminosidade), #eventos, Tamanho do Evento,. Estocagem : 1 Petabyte/Ano = Evento típico ou 5 Torres Eiffel. Feixe de prótons 1600 m of CD-ROM Novos Detectores, # de Pesquisadores, Novas CPUs, Eletrônica mais rápida, DAQ,. Principal Finalidade : Origem das Massas (Higgs) 13

14 1. Projeto ACP1 ( ) 2. Projeto ACP2, ACPMAPS ( ) 3. Client/Server - FARM-IBM ( ) 4. CPS - (1990) 5. Rede Heterogênea (VMS+NOVELL+UNIX+WINDOWS) (1987) 6. CHEP95 - Uso pioneiro de Videoconferência Internacional fazendo uso da Internet (1995) 7. Outros Projetos menores (Embratel, Cepel, ) (1993) E o Presente e o Futuro? 14

15 Quatro Experimentos - Desafios: do Petabyte ao Exabyte ATLAS, CMS, Higgs e Novas Partículas; ALICE, Quark-Gluon Plasma; LHCB Violação CP; Diffractive Production Dados escritos em tape ~5 Petabytes/Ano ou mais (1 PB = 1015 Bytes) 0.1 to 1 Exabyte (1 EB = 1018 Bytes) 15 (~2010) (~2020?) Total for the LHC Experiments

16 proton proton Protons espalhados 16

17 Nossa proposta, projetos próximo futuro: - D0 : produção de eventos de Monte Carlo - CMS/LHC ---> 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. O Computador como um eletrodoméstico. LHC + New World of WWW GRID 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 17

18 -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. -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? 18

19 Distributed Analysis System Offline Farms 20 TIPS CERN 622 MB/s T1 ~7TIPS 622 MB/s France Germany Italy BRAZIL USA T TIPS ~TB disk 125 PCs 100MB/s On line system Institutes Institutes Institutes 622 Mb/s T0 650K SI95 20 TIPS (~10KPCs) 540 Tbytes disk Robots 2.4 Gb/s Regional Regional Centers Regional Centers Regional T2 Centers Centers ~4 TIPS only for CMS Mb/s 4-7 TIPS 110 TB disk National Centers 3500 PCs 1 TIPS - 25K SI95 20 TB disk PCs T4 Individual Machines 1 TIPS = SpecInt9 1 PC(1 GHz) ~ 50 SpecInt Pcs = 7 TIPS 19

20 O que é a BRASDAS? - Uma unidade de Supercomputação inserida na GRID do CMS CPUs em Processamento Paralelo; Na tecnologia presente de 1 GHZ cada. - 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) - LINUX OS 20

21 cm The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to The imag e cann ot be displ ayed. Your com pute r may not have enou gh mem The imag e cann ot be displ ayed. Your com pute r may not have enou gh mem The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to The imag e cann ot be displ ayed. Your com pute r may not have enou gh mem The imag e cann ot be displ ayed. Your com pute r may not have enou gh mem The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to open The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to open The imag e cann ot be displ ayed. Your com puter may not have enou gh mem ory to open 60 cm

22 ormando a Primeira Unidade Central CPUs = 70 Unidades como esta CPUs Robots (tape) Network Link T1 T T3 T N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N11 N12 N13 N14 N15 N16 N17 N18 Nobreak Disk Array 22

23 Instituto/Univ. 1 LNCC Instituto/Univ. 3 Instituto/Univ. 2 UERJ IFT USP UFBA UFRGS UFRJ.. CBPF 23

24 ? 25 km de circunferência 100 m 24

25 Com quem? -Parceiros Internacionais -Parceiros Nacionais O FERMILAB -fundado nos anos 70 -Com a Missão: Estudar a Natureza da Natureza -Laboratório Nacional Americano Cientistas M$US Parceiros Internacionais O CERN -fundado nos anos 50 -Com a Missão: Estudar a Natureza da Natureza -20 Países membros Europeus Cientistas - 80 Nacionalidades 500 M$US Universidades Institutos Companhias 25

26 Parceiros Nacionais sede Indústrias e Empresas de Computação Industriais de Petrópolis São parceiros naturais 26

27 Projeto Brasdas Petrópolis Tecno-polo I Brasdas D0 & CMS 27

28 Possíveis tópicos de Ciência e Tecnologia: -Física Difrativa, Top, Higgs... -Networks a (600 MB - 2 GB) -Processamento paralelo com milhares de CPUs -Gerência e Estocagem de uma grande amostra de dados (Petabytes) -Distribuição e Acesso aos dados de Física para Análise local. (Root, PAW, Cernlib, GEANT, ) -Desenvolvimento de Software Científico -Aplicações vindas de vários setores Científicos que necessitam de supercomputação - Encubadora de Assistência Técnica Novas sugestões são bem vindas. 28

29 Grupos de Trabalho: Criou-se o MONARC - Models of Networked Analysis at Regional Centres for LHC Experiments que está desenvolvendo toda a GRID do CMS & -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. 29

30 (10 Trilhões) 30

31 Computação e Comunicação Perspectivas para o LHC Computing Power No Cern (~1980) Descoberta dos Bosons W e Z - comparável a um Computador Moderno de 1995 Processadores O Número de processadores no LHC = ao número de workstations e PCs rodando hoje no CERN (~10.000) Taxa de Transmissão de Dados Durante um SEGUNDO de produção de dados do LHC serão transmitidos para a rede o equivalente a: - A quantidade de dados de um dia do Cern de Hoje, ou - A quantidade de dados transmitida pela Companhia Telefônica (=100 milhões de chamadas telefônicas), ou - A quantidade de dados transmitida pela WWW em Janeiro de

32 MONARC: Hierarquia dos Centros Regionais (Worldwide Data Grid) Experimento ~PBytes/sec GriPhyN: FOCO Na Universidade com Base em Centros Tier2 Sistema Online ~100 MBytes/sec Os Blocos de Prótons se cruzam a cada 25 nsecs. 100 triggers per second Event is ~1 MByte in size Tier 0 +1 ~ Gbits/sec + Air Freight Offline Farm, CERN Computer Center > 20 TIPS? FNAL Center UK Center Italy Center FranceCentre Tier 1 Tier 2 ~2.4 Gbits/sec Tier2 Center Tier2 Center Tier2 Center Tier2 Center Tier2 Center Tier 3 Physics data cache Workstations ~622 Mbits/sec Institute Institute ~0.25TIPS Institute Mbits/sec Tier 4 Institute Fisicos trabalhando em Vários Canais de Analises. Cada Instituto tem ~10 físicos trabalhando em um ou mais canal 32

33 CONCLUSÃO Ciência & Tecnologia - O Supercomputador passará para cima da sua mesa - A GRID é o futuro da Computação em todos os níveis - O Brasdas é um Projeto de Desenvolvimento que traz consigo o que chamamos de casamento estratégico entre Ciência e Tecnologia. -O Brasdas permite juntar Pesquisa Básica-Formação de Pessoal-Indústria (MCT, MEC e MIC a nível de governo, + Empresários. -Permite desenvolvimento de Competências necessárias no próximo século. -Permite fazer física de fronteira 33

34 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 máquinas de 1 MHz para Escolas de todos os níveis. E sobretudo abre oportunidades para a participação em uma das maiores experiências do começo do próximo milênio. 34

35 -Desafios para o próximo século (Tecnologias) 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 = KB= 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. Finalmente: Energias mais altas permitirá o envio de sondas a regiões menores da matéria até o vazio (?) 35