Отчет о командировке

NEC 2019: новые технологии для проектов будущего

С 30 сентября по 4 октября в Будве (Черногория) проходил 27-й симпозиум по ядерной электронике и компьютингу NEC-2019, традиционно организуемый раз в два года ОИЯИ и ЦЕРН. Для участия в симпозиуме приглашаются ведущие специалисты в области информационно-коммуникационных технологий, ядерной электроники, распределенных вычислений, грид и облачных технологий, аналитики больших данных, компьютинга проектов класса мегасайенс. Организаторы симпозиума традиционно уделяют большое внимание молодым ученым и специалистам, которые, как правило, составляют треть и более его участников.

Программа симпозиума включает обзорные и тематические лекции и доклады специалистов из ОИЯИ, ЦЕРН, Белоруссии, Болгарии, Великобритании, Германии, Грузии, Италии, Китая, России, Словакии, США, Франции, Чехии, Швейцарии, ЮАР. Эти встречи призваны стимулировать исследования, повышать их качество и наглядность результатов, служа задаче более тесного сотрудничества и обмена идеями в области ядерной электроники и компьютинга между ОИЯИ и ЦЕРН. Всего в работе симпозиума приняли участие 193 сотрудника из 15 стран мира и 32 студента на международной студенческой школе по информационным технологиям. Было представлено 140 докладов, из них 31 доклад пленарный, 109 - секционных.

Уровень ИТ важен для успеха физиков

В приветственном слове директор Объединенного института В.А.Матвеев сказал: "Для меня большая честь приветствовать участников симпозиума и студенческой школы. Я поздравляю оргкомитет с организацией такой интересной программы и проведением очередного симпозиума в таком прекрасном месте вместе с партнерами из ЦЕРН и спонсорами. Надеюсь, он будет успешным, всем участникам - хорошей работы!"

В своем докладе Виктор Анатольевич познакомил участников NEC-2019 с научной программой ОИЯИ. А для институтских медиа он сказал:

- Сейчас опыт физиков показывает, что идеи, возникшие в сообществе специалистов, занимающихся проблемами информационных технологий и высококачественного компьютинга, крайне важны для успеха физических исследований. Сегодня мы обязаны очень быстро анализировать информацию в полном объеме, не откладывая на долгие годы. Как раньше делалось: эксперимент проводился, а данные потом годами копились и анализировались. Сейчас для повышения эффективности и продвижения к знанию об уникальных процессах необходимо данные обрабатывать в режиме реального времени, чтобы корректировать задачу уже на следующий экспериментальный сеанс.

Для этого надо развивать соответствующие базовые установки, средства компьютинга и программное обеспечение. Обработка и анализ больших данных требуется для многих фундаментальных направлений науки и жизни. Для этих исследований необходим высокий уровень ИТ-специалистов. Мы очень рады тому, что в нашем Институте, в Лаборатории информационных технологий воспитываются специалисты высшего уровня. Сегодня темпы совершенствования этого направления настолько велики, что современные, даже лучшие университеты не всегда способны обеспечивать подготовку специалистов такого уровня. Наша лаборатория, организуя такого рода симпозиумы с привлечением лучших специалистов из многих научных центров, в первую очередь, из ЦЕРН и других стран, умеет создать условия для такого быстрого образования. Владимир Васильевич Кореньков предложил создать международную школу подготовки специалистов высшего уровня. И это, действительно, очень важно. Темпы развития науки в данном направлении и темпы подготовки должны быть равные, а такие симпозиумы играют огромную роль, поскольку мы здесь не только обмениваемся знаниями, но и создаем условия, чтобы молодые люди осознавали важность этого направления и получали новые знания. Очень приятно видеть, что сюда приезжают специалисты со всего мира, потому что здесь новые тенденции наяву проявляют себя.

Доклад вице-директора ОИЯИ Б.Ю.Шаркова был посвящен анализу проектов по сооружению ускорительных комплексов класса мегасайенс во всем мире и месту ОИЯИ в этом процессе.

- В своем докладе вы показали историю этого симпозиума, начавшегося еще в 1963 году и проходившем в нескольких европейских странах. Какие тенденции его развития прослеживаются в последние годы, если не оглядываться на 50 лет назад? - задаю вопрос сопредседателю симпозиума, директору ЛИТ ОИЯИ В.В.Коренькову:

- Мы традиционно из года в год оставляем часть тематики, какие-то фундаментальные вещи, но жизнь меняется, меняются информационные технологии, электроника, технологии сбора, обработки, хранения и анализа данных. Поэтому мы стремимся сочетать традиции и новации, и каждый симпозиум вносит какие-то новые элементы.

На этом симпозиуме мы обсуждаем новый подход к организации компьютерной инфраструктуры. До сих пор глобальная компьютерная инфраструктура была направлена на поддержку четырех экспериментов на LHC. В настоящее время количество мегасайенс проектов увеличивается и в Америке, и в Европе, в Китае, и, главное, в Дубне и России. Для нас очень важно создать научную компьютерную инфраструктуру, которая объединяет грид, облака, суперкомпьютеры, хранилища данных для обеспечения эффективной обработки данных для будущих мегасайенс проектов. Эта тема станет самой главной для нынешней конференции. Вторая важная тема - это аналитика больших данных, искусственный интеллект, машинное обучение.

Интеграция суперкомпьютинга и аналитики больших данных является мировым трендом и основным направлением нашего симпозиума. По традиции мы приглашаем на симпозиум лучших студентов, которые должны учиться этим новым технологиям.

- География участников конференции как-то меняется год от года? Китай уже участвовал в NEC?

- Участвовал. Китай - стабильный участник нашей конференции, сейчас появился новый участник - ЮАР, который очень важен для нас, потому что там строится телескоп SKA (международный проект по созданию крупнейшего в мире радиоинтерферометра, с собирающей площадью антенн около квадратного километра - ред.). Это важный проект, и мы обсуждаем создание регионального центра для SKA. Для нас очень важен Китай, для нас очень важны эксперименты, в которых мы участвуем в США, и, в первую очередь, - эксперименты в России и в ОИЯИ.

И спонсоры, и партнеры

Постоянными не только спонсорами, но активными участниками симпозиумов NEC стали ведущие специалисты ИТ-компаний "Ниагара Компьютерс", Intel, IBS Platformix, Jet Infosystems, CISCO, "РСК Групп", DELL Technologies, IT Cost. В рамках симпозиума прошли круглые столы и семинары, организованные компаниями "Ниагара Компьютерс" и CISCO.

Андрей Семин, руководитель технологической группы Intel в регионе EMEA (Европа, Ближний Восток и Африка): Мы имеем честь работать с ОИЯИ, как и с другими институтами в области физики высоких энергий, в частности ЦЕРН, предоставляя базовые технологии и оборудование для выполнения вычислений по обработке больших данных, которые генерируются ускорительными установками, синхротронами, коллайдерами. На сегодняшний день продукция компании Intel используется практически всеми высокопроизводительными центрами и центрами обработки данных, в частности, в ЦЕРН и ОИЯИ. Недавно был построен суперкомпьютер "Говорун", который использует наши процессоры Intel Xeon, и мы надеемся на дальнейшее сотрудничество, в частности, развитие систем искусственного интеллекта для анализа данных. Для этих задач мы предоставляем как процессорные технологии, ускорители, так и программные компоненты, библиотеки и базовое программное обеспечение, чтобы физики могли более эффективно использовать современные установки для анализа данных.

- Вместе с конференцией проводится студенческая школа, вы как-то стараетесь привлекать талантливую молодежь?

- Конечно, далеко за примерами ходить не буду. Я сам учился на физфаке МГУ и занимался среди прочих вещей физикой высоких энергий, а на работу попал в компанию Intel. На самом деле, в компанию приходит достаточно много квалифицированных специалистов именно из научных учреждений, и для нас важно работать с молодым поколением, давать возможность видеть, как развиваются технологии, чтобы они могли решить: заниматься им фундаментальной наукой, исследованиями или пойти в коммерческо-инженерное приложение, как наша компания.

Директор по развитию корпоративных проектов компании Intel Н.С.Местер (на снимке - слева): Наше взаимодействие с ЛИТ развивается уже четыре года, до этого мы поставляли наши серверы на базе процессоров Intel в ОИЯИ и ЛИТ. Примерно 3-4 года назад мы начали взаимодействие по теме развития высокопроизводительных решений, приложений, задач в рамках ЛИТ. Два года назад стартовал проект по созданию новой высокопроизводительной системы, впоследствии получившей имя Николая Николаевича Говоруна, который был руководителем ЛИТ. Это стало знаковым событием, новая система была оптимизирована для решения задач, требующих высокопроизводительных вычислений. Первыми пользователями оказались физики-теоретики, ученые и специалисты из проекта NICA, постепенно подтянулись разные научные группы.

Первая версия "Говоруна" не обладала возможностями быстрой системы хранения, мы реализовали на ней распределенную систему хранения, и это позволило существенно ускорить время счета научных задач. Сейчас мы активно двигаемся в область программно определяемых систем хранения данных и программно определяемых архитектур компьютинга. Это абсолютно передовой край, таких систем в мире практически нет: отдельные части этого подхода существуют, но целиком никто пока не реализовал.

О.И.Стрельцова (ЛИТ ОИЯИ): Сотрудник компании Intel Дмитрий Сивков представил очень интересный материал: проведены расчеты и вычисления на новых процессорах Cascad, и участники студенческой школы смогли поработать на этих новейших архитектурах, а также испытать инструменты Intel по обучению глубоких нейронных сетей.

Для обеспечения проектов ЦЕРН и ОИЯИ

- ЦЕРН давно участвует в этих симпозиумах, как и в сотрудничестве с ОИЯИ. В чем важность этих встреч и проводимых в их рамках студенческих школ? - обратилась я к многолетнему члену оргкомитета симпозиума Тадеушу Куртыке (ЦЕРН):

- Все так, ОИЯИ и ЦЕРН вместе уже 56 лет, первый договор был подписан в 1963 году. Мы все эти годы работали вместе. В чем важность школы? Как я уже говорил на открытии, во-первых, ЦЕРН с ОИЯИ приняли 10 лет назад решение об организации вместе с большими научными конференциями школ для студентов, на которых будут выступать ведущие ИТ-специалисты. И Дубна это делает. Во-вторых, нам нужно очень много хороших специалистов для будущих научных программ и в ОИЯИ и в ЦЕРН, поэтому для нас очень важны и симпозиум, и школа.

- В ОИЯИ реализуется проект NICA, ЦЕРН предстоит повысить светимость коллайдера, - все это потребует большего числа специалистов по информационным технологиям и новым сервисам.

- Уровень развития вычислительных технологий способствует совершенствованию методов обработки все возрастающих объемов данных физических экспериментов. В двух наших приоритетных проектах: в ОИЯИ - это NICA, а в ЦЕРН - модернизация LHC, повышение его светимости, - теперь предстоит решить очень сложную задачу повышения уровня обработки данных. Электроника нам помогает, и мы надеемся на нее и на специалистов в информационных технологиях.

Директор-координатор объединенного вычислительного кластера НИЦ "Курчатовский институт" В.Е.Велихов: Конечно, в Дубну приезжать все-таки приятнее... - Правда? - ...Да, но можно и сюда. Мы здесь собираемся с В.В.Кореньковым озвучить наше понимание того, как будем дальше развивать нашу инфраструктуру в области не только высоких энергий, но и фотонов, нейтронов - то есть по смежным областям, поскольку сейчас она составляет более 90 процентов основной инфраструктуры уровня Tier1. Когда мы планировали Tier1 ставить, то обсуждали, что один из ключевых вопросов - восстановить технологические заделы, которые были несколько разрозненными в то время, чтобы затем использовать это для своих целей, своих установок, своей автоматизации. Сейчас мы вместе подходим к этому моменту.

- Предстоящее повышение светимости LHC влечет повышение требований к Tier1?

- С точки зрения третьего Run - мы его как-то пройдем, а с точки зрения высокой светимости - там надо все переосмысливать. Поэтому пока ответа нет, что с этим делать, нет понимания, как это будет проходить, ни у ЦЕРН, ни у нас.

- Можно ли ожидать в ближайшем будущем интересных открытий уровня бозона Хиггса в вашем эксперименте? - вопрос профессору Дарио Барберису (INFN, Университет Генуи, Италия):

- Конечно, мы всегда надеемся получить новые открытия в эксперименте ATLAS. Открытия иногда случаются, иногда нет, но мы всегда расширяем получение информации на интересующие нас области в фундаментальной физике. Мы делаем уточняющие измерения старых открытий, таких как бозон Хиггса, который теперь уже старое открытие. У нас сейчас делается значительно больше прецизионных измерений, поэтому в эксперименте постоянно собираются данные, и работа постоянно идет вперед. Даже если нет больших открытий, знания постоянно накапливаются.

- Помогают ли конференции в прогнозировании результатов исследований?

- Да, конечно, эти мероприятия очень помогают. Мы устанавливаем непосредственные контакты с людьми из других экспериментов, обсуждаем и обмениваемся информацией о методиках анализа данных, способах создания новых детекторов. Читать публикации об экспериментах - это одно, это полезно, но живое общение с людьми, в основном, из Европы, но и со всего мира, такое как здесь, гораздо более полезно.

Электроника плюс компьютинг

Об эволюции симпозиума я спросила его неоднократного участника и члена оргкомитетов NEC, профессора Ивана Ванкова (Институт ядерных исследований и ядерной энергетики БАН, Болгария): Этот симпозиум начался как симпозиум по ядерной электронике, а в 2001 году по предложению профессора Ц. Вылова, который тогда был вице-директором ОИЯИ, в его тематику включили вычислительную технику, и он стал называться симпозиумом по ядерной электронике и компьютингу. Это, конечно, было правильное решение, потому что вычислительная техника очень мощно вошла в физический эксперимент, позволяя автоматизировать его, обрабатывать информацию одновременно с ее накоплением. Эта тенденция, конечно же, расширяется, но, с другой стороны, я вижу, что последние два симпозиума электроника тоже увеличивает свое присутствие. Это связано, в основном, с построением новых ускорителей: в Дубне - проект NICA, поэтому участники из ОИЯИ представляют много новых электронных разработок. Конечно, развитие вычислительной техники идет в ногу с развитием новых технологий, следовательно, и эта часть тематики расширяется.

Особенностью нынешнего симпозиума стало то, что появились несколько физических докладов - они тоже практически по детекторам, но с другой точки зрения: это более сложные, комплексные детекторы для физики высоких энергий, докладываются их свойства, также описывается электроника для накопления и обработки.

- А научная молодежь из Болгарии участвует в конференции или школе?

- Когда симпозиум проходил в Варне, они участвовали достаточно массово, в этом году, думаю, нет.

- Сейчас ваша соотечественница Румяна Хаджийска выступала с докладом по эксперименту CMS…

- Это как раз новый тип докладов, о котором я говорил, это хорошо и полезно, потому что участники симпозиума получат информацию и о том, как используется техника, которую мы здесь обсуждаем, о ее применении в физическом эксперименте.

Румяна Хаджийска (Институт ядерной энергетики и ядерных исследований БАН, Болгария) докладывала о работе электроники в эксперименте CMS во время Run2: Почему важно говорить об этом сейчас, и не только для конкретных физических экспериментов? Уже было сказано, что в основном электроника, которая используется сейчас в экспериментах по физике высоких энергий, была разработана 10-20 лет назад. Это значит, что она, скажем так, устарела.

Необходимо принять во внимание, что используемые энергии постоянно растут, мы собираемся на LHC достичь 14 ТэВ в центре масс, что в два раза выше показаний энергии в Run1. Мгновенная светимость удваивается и становится больше. Это означает, что нам нужны новая электроника, новые детекторы, которые смогут работать в этих условиях. Поэтому необходимо модернизировать наше оборудование, и именно поэтому сейчас технологии очень быстро развиваются. Изменения происходят каждый день, потому так важно проводить такие конференции и форумы, где мы можем обмениваться знаниями. Наука и технологии глобальны, они развиваются не на локальном уровне. Я думаю, очень важно проводить такие мероприятия.

Поменять всю старую систему электроники, обновить и познакомиться с новыми идеями очень важно. С этой точки зрения очень важны информационные технологии, поскольку управлять большими объемами данных сейчас неудобно с обычного компьютера. Нужны большие высокотехнологичные СРU-ресурсы, работающие быстро.

- Как, по-вашему, прослеживаются какие-то общие тенденции в развитии электроники в различных коллаборациях ЦЕРН, в экспериментах в других институтах?

- Я думаю, мы все движемся в одном направлении, но развиваем различные технологии. Это очень полезно, потому что в процессе получения данных мы ограничены в своей области, стараемся сохранить работоспособность детектора, пытаемся решить каждодневные проблемы. Было очень полезно узнать, как другие люди, сталкивающиеся с аналогичными проблемами, их сегодня решают.

Выступление Вито Палладино (Империал колледж, Лондон, на снимке - справа) было посвящено проблемам проектирования триггера на калориметре c высокой зернистостью эксперимента CMS, переводил коллегу Т.Л.Еник (ЛФВЭ): Это новый детектор на CMS, апгрейд старого, на нем более семи миллионов каналов, считывается огромный объем информации - около терабита в секунду. Поскольку с детектора идет очень много информации, а триггер должен быть очень быстрым, то из всего массива данных мы выбираем те, которые вмещаются в 3-5 микросекунд, онлайн их анализируем. Ядро данной идеи в том, что большой поток данных непрерывно записывается, позволяя идентифицировать такие заряженные частицы как электроны, пионы и другие. Затем данные помещаются в долговременное хранилище, после чего их анализируют, что позволяет решать физические проблемы, которые были поставлены перед триггерной командой.

Поскольку все происходит в очень короткие промежутки времени и под теми углами, где идет максимальное распространение частиц, то мы можем открыть для себя новые горизонты физики. Для фундаментальной физики очень важно эти большие потоки данных очень хорошо обработать и очистить от так называемого мусора - шумов, помех, выделить именно те события, которыми мы интересуемся. Это и позволяют сделать короткие триггеры и мощная обработка большого потока информации.

- Вы, наверное, на конференции обсудили это с коллегами из ОИЯИ...

- Конечно, я встретился с Темуром Еником, с которым работал в эксперименте NA62, а несколько лет назад я перешел в эксперимент CMS. Мы обсудили то, чего уже достигли в NA62, было интересно вспомнить, чем занимались раньше. Здесь я встретился с коллегами по ATLAS из Бельгии и Италии, мы обсудили проблемы, схожие с теми, что я решаю на CMS, также с российскими коллегами, не только из Дубны.

(Окончание следует.)

Ольга ТАРАНТИНА,
перевод Ирины КРОНШТАДТОВОЙ,
фото Евгения ГОРЯЧКИНА