La grille de calcul LHC en ligne

Genève, 29 septembre 2003. La communauté mondiale de la physique des particules a annoncé aujourd'hui le lancement de la première phase du projet de Grille de calcul LHC (LCG). Le LCG vise à permettre de traiter le volume de données sans précédent que produiront les expériences du grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN à partir de 2007. "Le LCG fournira un banc d'essai crucial pour les nouvelles technologies des grilles de calcul qui sont en voie de révolutionner la manière dont les scientifiques utilisent les ressources informatiques de la planète dans des domaines allant de la recherche fondamentale au diagnostic médical", explique Les Robertson, chef du projet LCG du CERN1.

Les besoins en puissance de calcul des expériences qui seront menées au LHC sont énormes. Quelque 12 à 14 pétaoctets de données seront générés chaque année, soit l'équivalent de plus de vingt millions de cédéroms. L'analyse de ces données exigera une puissance informatique équivalente à celle de 70 000 ordinateurs personnels les plus rapides de l'époque actuelle. Pour répondre à ces besoins, le LCG déploiera une grille de calcul mondiale intégrant les ressources de centres de calcul scientifique dispersés à travers l'Europe, l'Amérique et l'Asie pour former un service informatique virtuel planétaire.

La première phase du projet, appelée LCG-1, exploitera une série de services prototypes, dont l'échelle et la complexité augmenteront progressivement à mesure que les concepteurs comprendront mieux les problèmes fonctionnels et opérationnels que posent nécessairement la réalisation d'une grille d'une taille si exceptionnelle. Le LCG-1 fait appel à des "intergiciels" mis au point essentiellement dans le cadre du projet européen Datagrid ainsi que des projets Globus et Condor et d'autres projets associés contribuant au programme Virtual Data Toolkit aux Etats-Unis. Le but est de permettre aux physiciens d'accéder aux ressources de calcul disséminées dans le monde entier à partir de leur ordinateur de bureau comme s'il s'agissait de ressources locales.

"La grille nous permet de combiner la puissance de centres de calcul scientifiques, où qu'ils soient, pour fournir la ressource informatique la plus puissante que puisse offrir le monde" indique Ian Bird, chef du déploiement de la grille au CERN.

Lothar Bauerdick, physicien au Laboratoire Fermi et chef du projet logiciels et calcul d'USCMS, la collaboration des scientifiques américains travaillant pour l'expérience CMS au LHC, souligne la nécessité de conjuguer les efforts déployés pour élaborer des grilles de par le monde: "Du fait de la portée planétaire de ses expériences, le LHC offre aux scientifiques du monde entier une occasion unique de travailler ensemble à une grille de calcul planétaire commune."

Le système du LCG-1 détermine les ressources et les données nécessaires à une tâche informatique donnée, fait exécuter cette tâche dans l'une ou l'autre des installations du monde offrant ces ressources, localise et transmet les fichiers de données requis et produits par la tâche et, enfin, envoie les résultats aux physiciens.

"Le LCG-1 marque un grand pas vers la réalisation effective de l'environnement de calcul qu'exigeront les collaborations mondiales de scientifiques travaillant au LHC" annonce John Huth, professeur à Harvard et chef du projet logiciels et calcul pour la collaboration des scientifiques américains travaillant à l'expérience ATLAS. Les institutions partenaires sont à ce jour le CERN et de grands centres de calcul décentralisé coordonnées par l'université de Prague en République tchèque, le centre de calcul de l'IN2P3 à Lyon en France, le Forschungszentrum de Karlsruhe en Allemagne, l'Institut de recherche en physique corpusculaire et nucléaire KFKI de Budapest en Hongrie, l'Istituto Nazionale de Fisica Nucleare et son centre de calcul national de Bologne en Italie, l'université de Tokyo au Japon, l'ACC Cyfronet de Cracovie en Pologne, l'université d'Etat de Moscou et l'Institut unifié de recherche nucléaire en Russie, le Port d'Informació Científica de Barcelone en Espagne, l'Academia Sinica à Taiwan, ainsi que le Conseil de la recherche en physique des particules et en astronomie (PPARC) et le Laboratoire Rutherford Appleton du CCLRC au Royaume-Uni. Aux Etats-Unis, le ministère de l'énergie (DOE) et la National Science Foundation appuient la participation au LCG-1 dans le cadre d'une collaboration entre plusieurs universités et laboratoires comprenant le Laboratoire Fermi et le laboratoire national de Brookhaven du DOE. Ensemble, ces institutions fournissent un service proprement planétaire.

"Nous sommes vraiment enthousiasmés par le lancement du LCG. Il marque un jalon essentiel sur le chemin de l'analyse réussie des données du futur LHC, qui devraient modifier radicalement notre vision de l'Univers. C'est aussi une étape décisive dans le développement de la nouvelle technologie de la Grille, qui profitera considérablement à toutes les disciplines scientifiques", déclare Guy Wormser, directeur adjoint de l'IN2P3 et représentant français au sein du Comité de supervision du LCG. "Aussi sommes-nous très fiers d'être des partenaires actifs dans cette entreprise. D'importantes ressources humaines et matérielles, tant au CERN qu'en France, sont mobilisées pour ce projet."

"Dans un monde où des quantités considérables de données numériques sont produites chaque jour par toutes sortes d'instruments, comme les installations de physique des particules, les scanners numériques médicaux, les satellites d'observation de la Terre, les données génomiques et les bibliothèques numériques", déclare le physicien italien Mirco Mazzucato, chef du projet de grille de l'INFN et président du comité de mise en œuvre de la Grille du LCG, "la Grille apporte la puissante infrastructure nécessaire pour transformer ces millions de gigaoctets en éléments de savoir qui permettent aux sociétés modernes de progresser."

"Pouvoir participer à une collaboration planétaire aussi novatrice est extrêmement stimulant", souligne M. Simon C. Lin, directeur du centre de calcul de l'Academia Sinica de Taiwan. "L'Academia Sinica, qui est l'un des principaux sites et centres d'exploitation de la grille en Asie pour le projet LCG, lui apporte des contributions directes. Outre le déploiement de la grille sur le globe, nous participons aussi aux travaux de développement dans les domaines de la gestion des données, la direction technologique, la certification et les essais, ainsi que les logiciels d'application. Grâce à l'expérience acquise dans le cadre du LCG, la technologie de la grille s'étendra à des domaines tels que la bio-informatique, l'archivage numérique et l'informatique de la biodiversité, et établira des bases solides pour les besoins de la recherche à l'avenir."

Ian Halliday, directeur général du Conseil britannique de la recherche en physique des particules et en astronomie, déclare : "Le PPARC a vigoureusement soutenu le projet LCG, tant au CERN qu'au Royaume-Uni. La technologie qui est maintenant déployée pour la physique des particules modifiera en dernière instance la manière d'aborder la science et le commerce dans les années à venir. Cela aura de larges répercussions sur la manière dont la société utilise la technologie de l'information, comme ce fut le cas pour le World Wide Web."

Selon John Gordon, directeur adjoint du Centre de science en ligne du CCLRC, "le Laboratoire Rutherford Appleton est heureux de figurer dans l'avant-garde de cette Grille. La prochaine étape consistera à inclure les autres sites qui testent déjà la Grille dans les bancs d'essai britanniques GridPP et Core afin que tous ces sites puissent prendre une part active à l'informatique du LHC."

Au cours des derniers mois de 2003, le LCG-1 prendra plus d'ampleur pour inclure de nombreux centres de calcul dans 16 pays, tout en veillant à maintenir un cadre d'exploitation fiable. Cette expansion intégrera les ressources nécessaires en 2004 pour effectuer le premier des nombreux essais permettant de tester l'aptitude de la grille à assumer la charge de travail toujours plus complexe en termes de calcul et de gestion des données mais nécessaire pour mettre en place l'environnement informatique du LHC.

"L'établissement et l'exploitation de LCG-1 permettront d'acquérir une expérience essentielle et seront riches en enseignements pour d'autres applications scientifiques et industrielles exigeantes" explique Ian Foster, du Laboratoire national d'Argonne (Etats-Unis) et de l'université de Chicago, qui dirige également Globus Alliance.

Ces prochaines années, les scientifiques ont bon espoir que le service LCG formera le cœur de la grille multidisciplinaire qui sera élaborée dans le cadre du projet de réalisation de grilles pour la science en ligne en Europe (EGEE), financé par le 6e programme-cadre de la Commission européenne. De même, aux Etats-Unis, les scientifiques planifient le programme Open Science Grid qui fournira des services au LCG tout en ouvrant de nouvelles perspectives pour d'autres applications exigeantes dans la recherche et la formation scientifique.

Notes à l'attention des journalistes

Le CERN, le Laboratoire européen pour la physique des particules, est l'un des plus prestigieux centres de recherche fondamentale du monde. Il construit actuellement le grand collisionneur de hadrons (LHC). Dans le LHC, l'entreprise scientifique la plus ambitieuse que le monde ait jamais connue, de minuscules fragments de matière entreront en collision frontale pour révéler les lois fondamentales de la Nature. Le LHC doit entrer en service en 2007 et quelque 7000 scientifiques d'universités et de laboratoires du monde entier s'en serviront pour apporter des réponses aux questions les plus fondamentales de la science.

L'IN2P3 est l'Institut national français de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS (Centre national de la recherche scientifique), la plus grande organisation de recherche en Europe. L'IN2P3 se consacre à la recherche en physique de l'infiniment petit, du noyau atomique aux particules élémentaires, et en physique de l'infiniment grand pour étudier la composition et l'évolution de l'Univers. Il a pour objectif de déterminer les constituants les plus élémentaires de la matière, de faire la lumière sur leurs interactions et de comprendre la structure et les propriétés des noyaux. Il participe aux quatre grandes expériences qui seront réalisées avec le LHC du CERN (ATLAS, CMS, ALICE et LHCb). Dans le domaine du traitement des données, l'IN2P3 est l'un des chefs de file des travaux menés en France sur la Grille et il participe activement aux projets européens de grilles de calcul visant à optimiser l'utilisation de puissantes installations de calcul décentralisées.

Le Forschungszentrum de Karlsruhe, financé conjointement par la République fédérale d'Allemagne et le Land de Bade-Wurtemberg, est l'une des plus grandes institutions de recherche scientifique et technologique d'Europe. Son programme de recherche et de développement s'inscrit dans la structure de programmes de l'Association Hermann von Helmholtz des centres de recherches nationaux et se concentre sur cinq domaines, qui sont la structure de la matière, la Terre et l'environnement, la santé, l'énergie et les technologies clés.

Le KFKI RMKI est l'Institut KFKI de recherche en physique corpusculaire et nucléaire de l'Académie hongroise des sciences. Il a pour mission d'assurer la participation de la Hongrie aux recherches effectuées au CERN sur la physique des particules et des ions lourds. Des chercheurs de l'Institut participent activement à la préparation des expériences CMS et ALICE avec le LHC ainsi qu'au projet de grille de calcul pour le LHC. Le KFKI RMKI a déjà installé l'un des premiers nœuds pour le LCG, qui comporte 50 processeurs et environ 2 téraoctets de capacité de disques.

L'Istituto Nazionale de Fisica Nucleare est l'institut de recherche italien qui assure la promotion, la coordination et l'exécution de la recherche en physique nucléaire, en physique subnucléaire et en astrophysique des particules. L'INFN compte en Italie une trentaine de sections et de groupes associés, dépendant tous d'une université, et quatre grands laboratoires. De plus, les chercheurs de l'INFN jouent un rôle remarquable dans les principaux projets internationaux de recherche en physique nucléaire et en physique des particules. Le défi le plus ambitieux que l'Institut devra relever ces prochaines années sera sa participation à la construction de l'accélérateur LHC du CERN, à Genève.

Le Centre international de physique des particules élémentaires de l'université de Tokyo a été créé pour promouvoir la collaboration internationale du Japon dans le domaine de la physique des particules. Il fait actuellement office d'installation centrale pour l'analyse des données du LHC au Japon.

Le Centre informatique universitaire CYFRONET, créé il y a plus de trente ans, fait partie de l'université des sciences et des technologies de Cracovie, en Pologne. CYFRONET a largement contribué au progrès de la science informatique. Demeuré pendant longtemps le seul centre universitaire informatique régional de Pologne, il est devenu un grand centre d'informatique intensive et de réseaux et il joue un rôle important dans le développement de la science informatique et des activités d'appui dans de nombreuses disciplines de la recherche fondamentale et appliquée.

L'Institut unifié de recherches nucléaires (IURN), une organisation intergouvernementale internationale, a été fondé par une Convention signée le 26 mars 1956 par ses Etats membres fondateurs dans le but de conjuguer leurs efforts et leurs potentiels scientifiques et matériels afin d'explorer les propriétés fondamentales de la matière. L'institut appuie ses activités sur les principes d'une participation ouverte à tous les Etats intéressés et d'une coopération équitable et mutuellement profitable.

Le Port d'Informació Científica (PIC) est un centre à vocation scientifique et technologique créé pour apporter un soutien aux communautés scientifiques dans des projets faisant intervenir l'analyse des données dans le cadre de collaborations ou dans des contextes extrêmement complexes. Le PIC est responsable de l'élaboration de grilles informatiques en Catalogne et coordonne la Grille de calcul LHC en Espagne (LHC-ES). Le centre a été fondé en octobre 2002 par un accord entre le ministère des universités, de la recherche et de la société de l'information (DURSI) du gouvernement catalan, l'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) et l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE). En mai 2003, le Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) s'est joint à la l'accord. Le PIC a son siège sur le campus de l'UAB, près de Barcelone.

L'Academia Sinica est la plus éminente institution académique de Taiwan. Elle a pour mission principale d'entreprendre des recherches académiques approfondies sur divers sujets des sciences et des lettres, et de fournir des lignes directrices, des moyens de coordination et des encouragements en vue d'élever le niveau académique de Taiwan. La technologie de la grille apportera la solution la plus viable pour l'infrastructure de technologie de l'information de la prochaine génération à l'Academia Sinica.

Le Conseil britannique de la recherche en physique des particules et en astronomie (PPARC) est l'organisme chargé de la stratégie d'investissement scientifique au Royaume-Uni. Il finance la recherche, l'enseignement et la diffusion auprès du public dans quatre grands domaines de la science : la physique des particules, l'astronomie, la cosmologie et les sciences spatiales. Le PPARC est financé par le gouvernement et il offre des bourses de recherche et d'études à des scientifiques dans les université britanniques, il permet à des chercheurs d'accéder à des installations de rang mondial et il finance l'appartenance du Royaume-Uni à des organisations internationales comme l'Organisation européenne pour la Recherche nucléaire (CERN), l'Agence spatiale européenne et l'Observatoire européen austral. Il apporte également une contribution financière aux télescopes britanniques implantés outremer, à La Palma, à Hawaii, en Australie et au Chili, à l'Astronomy Technology Centre britannique du Royal Observatory d'Edimbourg, et à l'installation nationale MERLIN/VLBI.

Le Laboratoire Rutherford Appleton, dans l'Oxfordshire, est l'un des trois laboratoires exploités par le Conseil pour le Laboratoire central des conseils de la recherche scientifique (CCLRC). C'est un laboratoire ouvert et pluridisciplinaire qui exploite de grandes installations, dont la source de neutrons ISIS, leader mondial pour les recherches sur les matériaux. Il possède également d'excellentes équipes scientifiques pour la physique des particules, mais aussi les lasers haute puissance, l'astronomie, l'observation de la Terre et l'informatique. L'installation Diamond, dont l'exploitation sera assurée par Diamond Light Source Ltd, est en cours de construction sur le domaine du RAL. Diamond est une source de lumière synchrotron qui sera employée par des scientifiques britanniques pour étudier la structure moléculaire et atomique de différents matériaux, en particulier ceux des sciences de la vie.

Le Laboratoire national de l'accélérateur Fermi et le Laboratoire national de Brookhaven du ministère américain de l'énergie feront office de "centres de niveau un" pour l'informatique au LHC et ils apporteront un soutien en analyse des données pour les institutions américaines qui participent aux expériences LHC.

Le projet DataGrid est financé par l'Union européenne. Il a pour objectif de réaliser l'infrastructure informatique de la prochaine génération pour offrir à des communautés scientifiques très dispersées des moyens de calcul intensif ainsi qu'une analyse du contenu de grandes bases de données partagées, dans la taille ira de plusieurs centaines de téraoctets à plusieurs pétaoctets.

Le Virtual Data Toolkit (VDT) est un ensemble de logiciels destiné à répondre aux besoins de groupes de chercheurs et d'expériences participant au Grid Physics Network (GriPhyN) américain et à d'autres projets financés par la National Science Foundation et le ministère de l'énergie. Voir sous http://www.lsc-group.phys.uwm.edu/vdt/. Le VDT inclut la boîte à outils Globus et des éléments du projet Condor.

Le projet de réalisation de grilles pour la science en ligne en Europe (EGEE) a pour objectif de créer et mettre en oeuvre des technologies de grilles pour permettre un large déploiement des applications de le science en ligne dans tout l'Espace européen de la recherche.

L'Open Science Grid définit un programme de construction aux Etats-Unis d'une infarstructure nationale de grille, tout d'abord avec le projet LHC.

Contacts

CERN: Renilde Vanden Broeck +41 (0)22 767 2141;
République tchèque: Milos Lokajicek, responsable de l'informatique LHC +420 266 052 672;
IN2P3, France: Dominique Armand + 33 (0) 1 44 96 47 51;
Forschungszentrum Karlsruhe: Joachim Hoffman +49 (0)7247 82-2860;
Hongrie: Jeki Laszlo + 36 1 392 2222; jeki@rmki.kfki.hu
INFN: Barbara Gallavotti +39 (0)6 6868162; +39 (0)6 68400308;
Japon: Hiroshi Sakamoto +81-3-3815-8384;
Pologne: Aleksander Kusznir +48 1263 41766;
Russie: Université d'Etat de Moscou; Evgeniya Zaitseva +7 095 939-36-67;
      JINR; Tatyana Zhabitskaya +7 096 216-58-34;
Espagne: Martí Estruch +34 (0) 93 306 54 45;
Taiwan: Stella Shen +886 2 2782 6432;
UK PPARC: Julia Maddock +44 (0) 1793 442094;
UK CCLRC Rutherford Appleton Laboratory: Jacky Hutchinson; + 44 (0) 1235 44 6482;
USA Fermilab: Judy Jackson +1 630 840 4112;
USA Brookhaven: Mona S. Rowe +1 631 344 5056

Note(s)

1. Le CERN, le Laboratoire européen pour la physique des particules, a son siège à Genève. Il compte actuellement vingt Etats membres : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse. L 'Inde, Israël, le Japon, la Fédération de Russie, les Etats-Unis d'Amérique, la Turquie, la Commission européenne et l 'UNESCO ont le statut d'observateur.

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