LHC@home

LHC@home
Платформа	BOINC
Объём загружаемого ПО	2 МБ (SixTrack)
Объём загружаемых данных задания	200—400 КБ (SixTrack)
Объём отправляемых данных задания	35 КБ (SixTrack)
Объём места на диске	14 МБ
Используемый объём памяти	70 МБ
Графический интерфейс	нет (в разработке)
Среднее время расчёта задания	1—23 часа
Deadline	7 дней
Возможность использования GPU	нет

LHC@Home — проект добровольных вычислений на платформе BOINC, организованный сотрудниками CERN (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) для проведения расчётов, необходимых при постройке и эксплуатации Большого адронного коллайдера. В ходе этих расчётов, проводимых добровольцами на своих домашних компьютерах, осуществляется моделирование поведения пучка заряженных частиц при различных параметрах воздействия на них управляющих магнитов ускорителя ^[1] с использованием программы SixTrack. По ходу расчетов рассматривалась возможность добавления в проект расчётных модулей Garfield и ATLAS для моделирования столкновений пучков протонов в детекторах, однако они так и не были реализованы (по крайней мере, на платформе BOINC) ^[2]. Также рассматривалась возможность использования проекта LHC@home для обработки полученных экспериментальных данных, однако основные сложности связаны с большим объемом информации, необходимым для передачи на удаленные компьютеры (сотни гигабайт) ^[3]. Для этой задачи более удобной является грид-система LCG.

Проект работает под управлением менеджера распределённых вычислений (англ. BOINC Manager), производя расчёты в фоновом режиме и периодически требуя подключения к Интернету для получения новых заданий и отправки результатов расчетов.

Вычисления в рамках проекта стартовали на платформе BOINC в сентябре 2004 г. ^[4]. Первоначально число участников проекта было ограничено и составляло 1 000 человек, затем это значение неоднократно увеличивалось и в результате было окончательно отменено. По состоянию на 5 июня 2010 г. в проекте приняли участие более 99 000 пользователей (254 000 компьютеров) из 182 стран. В период с февраля 2009 г. по сентябрь 2011 г. задания выдавались крайне редко, с 19 сентября 2011 г. выдача заданий возобновлена ^[4]. В марте 2011 г. был запущен проект LHC@Home 2.0 (Test4Theory), целью которого является моделирование столкновений пучков протонов.

SixTrack

Внешние изображения
Результаты моделирования
	Окружность — траектория стабильного пучка, малый тор — стабильные периодические колебания пучка, большой тор — движение пучка в непосредственной близости от резонанса

Внешние изображения
Карты пространства параметров, в пределах которого пучок является стабильным
	[1]
	[2]

Программа моделирует движение 60 частиц, движущихся по кольцу ускорителя в течение 1 000 000 циклов, что соответствует менее чем 10 с реального времени нахождения пучков в ускорителе ^[5]. Путем многократного повторения запуска программы можно подобрать конфигурацию параметров магнитов, при которой пучок остается стабильным в ходе движения по кольцу ускорителя (имеет стабильную периодическую, а не хаотическую орбиту). Полученные в ходе моделирования данные используются для исключения ситуаций, при которых пучок частиц может стать нестабильным в ходе проведения реальных экспериментов (что в лучшем случае может привести к быстрому локальному повышению температуры, в результате которого магниты могут перейти из сверхпроводящего состояния в обычное, последующему сбросу пучка и остановке ускорителя на несколько часов, а в худшем — к выходу из строя некоторых детекторов) ^[6]. Во время моделирования также можно учесть эффекты электромагнитного взаимодействия сгустков в составе пучков при их движении (англ. Collective instabilities) и столкновении в детекторах (англ. Beam-beam effect), без чего невозможно повышение числа сгустков в пучке, числа заряженных частиц в сгустке и, соответственно, светимости коллайдера в целом.

История разработки ^[7]

Программа SixTrack была разработана Франком Шмидтом^{[когда?]} (англ. Frank Schmidt) на основе программы, ранее разработанной для моделирования пучков электрон-позитронного коллайдера DESY ^[8]. В 2003 году Эриком Макинтошем (англ. Eric McIntosh) и Андреасом Вагнером (англ. Andreas Wagner) из IT департамента CERN'а было начато тестирование скринсейвера Compact Physics Screen Saver (CPSS), который запускал программу SixTrack в фоновом режиме на компьютерах сотрудников CERN с целью отладки. В январе 2004 года Беном Сигалом (англ. Ben Segal) и Франсуа Грейем (англ. François Grey) была высказана идея о популяризации идеи распределенных вычислений с целью ознакомления широкой общественности с вычислительными задачами, стоящими перед CERN. Чуть позднее в сотрудничестве с Дэйвом Андерсеном (англ.) (англ. Dave Anderson), директором института SETI, силами студентов Кристиана Шеттрупа (англ. Christian Søttrup) и Якоба Педерсена (англ. Jakob Pedersen), работавшими в то время над написанием магистерских диссертаций, под руководством Бена Сигала была начата адаптация расчетного модуля для зарождающейся платформы BOINC ^[9] (чуть позже к команде разработчиков присоединился студент Карл Чен (англ. Karl Chen)). Студентом Ясенко Живановым (англ. Jasenko Zivanov) была разработана графическая часть. Финские студенты Калле Хаппонен (англ. Kalle Happonen) и Марку Дегерхолм (англ. Markku Degerholm) выполнили настройку серверной части проекта, что позволило к сентябрю 2004 года произвести альфа- и бета-тестирование на 25 машинах сперва в рамках CERN, а затем с привлечением опытных BOINC-пользователей, что в итоге позволило увеличить число активных участников проекта до 6000.

Внешние изображения
Команда разработчиков SixTrack
	Слева направо: Франк Шмидт, Юкка Клем (англ. Jukka Klem, Андреас Вагнер, Эрик Макинтош, Бэн Сигал

В ноябре 2006 года управление проектом было передано за пределы CERN в Лондонский университет, а в августе 2011 года проект снова вернулся в CERN.

LHC@Home 2.0 (Test4Theory)

В настоящее время также существует проект LHC@home 2.0, который открыт для всех желающих^[10]. Целью данного проекта является моделирование столкновений пучков протонов (англ.) с целью последующего сопоставления полученных экспериментальных и модельных данных и выявления отклонений. В рамках проекта в том числе проводятся симуляции потенциальных проявлений «Новой физики» за пределами Стандартной модели^[11].

Для работы проекта в дополнение к программе BOINC Manager требуется наличие виртуальной машины VirtualBox, в которой производится запуск операционной системы Scientific Linux и выполнение соответствующих расчетов.

Интересные факты

• В ходе разработки вычислительного кода, запускаемого на различных аппаратных платформах, программисты столкнулись с ситуацией различной погрешности вычисления функций экспоненты и логарифма, и, как следствие, ошибках при валидации заданий. Таким образом, вычислительный код проекта может являться своеобразным тестом на соответствие стандарту IEEE 754 для различных аппаратных платформ и компиляторов ^[5].

См. также

• Большой адронный коллайдер
• Добровольные вычисления
• BOINC

Примечания

1. ↑ Элементы: Магнитная система LHC
2. ↑ LHC@home
3. ↑ LHC@home
4. ↑ ^{1 2} BOINCstats | LHC@Home — Credit overview
5. ↑ ^{1 2} Numerical simulations
6. ↑ Phys. Rev. ST Accel. Beams 13, 061002 (2010): Beam-related machine protection for the CERN Large Hadron Collider experiments
7. ↑ SixTrack history in LHC@home
8. ↑ LHC@home
9. ↑ FatBat Homepage
10. ↑ Элементы: Проект LHC@home 2.0 открывается для всех желающих
11. ↑ High Energy Physics simulations | LHC@home 2.0

Ссылки

• Список проектов на платформе BOINC
• Все Российские команды
• Все Российские участники
• Основной сайт проекта
• Описание проекта на boinc.ru
• Перевод официальных страниц проекта
• Перевод часто задаваемых вопросов по проекту
• Информация о ходе строительства ускорителя LHC

Обсуждение проекта в форумах:

• distributed.ru
• boinc.ru