Piano di calcolo dell esperimento HERA-B

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1 Bologna, 27 aprile 2000 Piano di calcolo dell esperimento HERA-B Introduzione Questo piano di calcolo si propone di individuare le risorse di cui il gruppo italiano si deve dotare per l elaborazione dei dati acquisiti dall esperimento. Ai sistemi di calcolo off-line, nell esperimento HERA-B, sono demandati i seguenti compiti: produzione degli eventi simulati Monte Carlo; analisi dei dati. Il compito di ricostruire gli eventi reali è invece lasciato alla farm del trigger di quarto livello, facente parte del sistema on-line. La farm on-line del DESY è il centro di produzione dei dati reali, che vengono salvati sia in formato DST, sia in formato mini-dst, mentre i sistemi off-line sono i centri di produzione dei dati Monte Carlo, anch essi salvati in formato DST e mini-dst. L analisi dei dati utilizza i mini-dst e talvolta i DST. Il trasporto dei dati dal DESY ai centri periferici (dati reali) o viceversa (dati Monte Carlo) avviene prevalentemente mediante cassette DLT Lo sviluppo e la verifica del software off-line, così come le prime produzioni di eventi Monte Carlo dedicate prima all ottimizzazione dei rivelatori e del sistema di trigger e poi alla simulazione di canali fisici di reazione si sono basate finora prevalentemente su alcune macchine acquistate dal DESY e sui computer che i gruppi hanno ereditato da precedenti esperimenti. I sistemi di calcolo nuovi in possesso dei gruppi sono essenzialmente prototipi di piccola dimensione. I computer utilizzati finora sono tuttavia inadeguati all analisi di massa degli eventi: o perché possiedono dimensioni prototipali, o perché possiedono un età non trascurabile (se paragonata al tempo di invecchiamento dei computer) e provengono da esperimenti con requisiti di potenza di calcolo assai inferiori. L acquisto di nuovi strumenti per il calcolo, che è stata fino ad ora rinviata nel quadro della just in time purchase strategy che si avvantaggia del decadimento dei prezzi si impone ora come esigenza improcrastinabile per procedere nell elaborazione dei dati che l esperimento produce.

2 Requisiti per la simulazione Il numero di eventi simulati che deve essere prodotto dipende dal numero di eventi reali e di fondo acquisiti durante la presa dati. Fissiamo il numero di eventi di segnale che debbono essere simulati in un ammontare pari a 10 volte il numero di eventi di segnale reali. Il numero di eventi reali di segnale di interesse può essere stimato in , come risulta dalla tabella 1. Tab. 1. Numero di eventi atteso in un anno () tot bb = 12 nb, 40 MHz). Canale eventi/anno B 0 J/4 K 0 s 1500 B 0 J/4 K* B + J/4 K B + J/4 K* B 0 s J/ b J/ % % + % + % 200 B 0 % + % 800 B 0 % ± a B + ' 0 K Totale Noi richiediamo perciò di produrre eventi Monte Carlo di segnale. La produzione di eventi Monte Carlo richiede i seguenti passaggi: generazione degli eventi fisici (p. es. mediante PHYTIA); vengono quindi effettuati i tagli di accettanza per selezionare soltanto quegli eventi che il rivelatore può vedere; tracciamento (usando GEANT) attraverso il rivelatore per produrre le informazioni sui rivelatori colpiti; questo è il compito più gravoso, in quanto in un evento tipico di HERA-B, con 4 interazioni, vi sono circa 60 tracce primarie e 200 tracce prima del calorimetro; digitalizzazione, per simulare la risposta dei rivelatori triggering, per selezionare quegli eventi che avrebbero fatto scattare il trigger dell esperimento. ricostruzione totale del campione di eventi sopravvissuti al trigger applicazione dei tagli di analisi al campione di eventi ricostruiti.

3 Il tempo di CPU richiesto per produrre eventi simulati è mostrato in tabella 2 1. Tab. 2. Tempo di CPU (normalizzato allo SPECint95) richiesto per produrre eventi Monte Carlo. eventi tempo di CPU/evento tempo totale di CPU # [SI95 # s/evt] [CPU99 # s/evt] [SI95 # s] [CPU99 # s] Generazione Tracciamento Digitalizzazione Trigger Ricostruzione Tagli finali Totale Considerando un duty-cycle del 70%, il tempo di CPU richiesto per produrre eventi di segnale è pari a SI95 # s. A questo tempo occorre aggiungere il tempo di CPU necessario per produrre gli eventi di fondo (si ricordi che in HERA-B il rapporto segnale su fondo è ) bb /) inel =10 6 ). Supponendo di effettuare i tagli sul fondo il più presto possibile nella sequenza di simulazione e di riutilizzare i dati di generazione del fondo per successive simulazioni (anche se a spese della memoria di massa), possiamo fissare il tempo di calcolo richiesto per la produzione del fondo a un fattore dieci rispetto al segnale, cioè SI95 # s. Il tempo totale di CPU per la produzione Monte Carlo sale così a SI95 # s. Se richiediamo che la produzione possa essere effettuata in un anno ( s), la potenza di CPU richiesta diviene SI95, pari a 550 CPU99. La quota spettante alla parte italiana della collaborazione, pari al 5% del totale, sarà perciò di 550 SI95, equivalenti a 28 CPU99. Come broker per la gestione dei job pensiamo di utilizzare Condor, che consentirebbe anche di utilizzare altre macchine della Condor-farm INFN e soprattutto di ottimizzare lo sfruttamento delle risorse di calcolo in ambito INFN. Riteniamo tuttavia che non sia da sovrastimare l apporto che le macchine esterne possono dare al nostro piano di calcolo, in quanto, sotto Linux, sono disponibili attualmente MIPS corrispondenti a circa 750 SI95 (considerando uno SI95 equivalente a 40 MIPS), peraltro utilizzati anche da altri esperimenti, come CMS. Requisiti per l analisi di produzione L analisi di produzione opera sui dati ricostruiti in formato mini-dst, seleziona eventi corrispondenti a canali di reazioni omogenee e li salva separatamente per canale di reazione in formato più sintetico sui -DST (n-ple). Inoltre scrive file di TAG che consentono di 1 Dove si indica con SI95 lo SPECint95 e si definisce 1 CPU99 = 20 SPECint95

4 rintracciare gli eventi sui mini-dst e sui DST. L analisi di produzione può essere eseguita 3-4 volte l anno sullo stesso campione, in seguito alla messa a punto degli algoritmi di selezione, e ragionevolmente deve poter essere completata in alcuni giorni. Il tempo di CPU richiesto per l analisi di produzione è 1.2 SI95 # s/evt, che, moltiplicato per il numero di eventi reali prodotto in un anno, , dà un tempo totale di CPU pari a SI95 # s. Se richiediamo di svolgere l analisi in 7 giorni, la potenza di calcolo richiesta è pari a circa 500 SI95, ovvero 25 CPU99. A differenza della produzione Monte Carlo, che non ha particolari richieste di I/O, l analisi di produzione accede ai DST prodotti in un anno, per un totale di 1.2 TB di mini-dst, e talvolta può pure richiedere l accesso a una parte dei DST (stimata in 200 GB), che debbono essere residenti su disco e di rapido accesso in lettura. La richiesta di svolgere l analisi in 7 giorni comporta poi una velocità di trasferimento dati in lettura di 16 Mbps. Requisiti per l analisi utente L analisi utente viene eseguita dal singolo fisico in maniera semi-interattiva, cioè con un tempo di risposta di alcune ore, sui file di n-ple (-DST). L analisi utente viene eseguita tipicamente su di un campione di eventi più grande di un ordine di grandezza del numero atteso di eventi di segnale, vale a dire, per una tipica analisi di 1000 eventi, su di un campione di 10 4 eventi. Il tempo di CPU richiesto è di circa 20 SI95 # s/evt, ovvero, in totale, SI95 # s. La richiesta di terminare l analisi entro 4 ore può essere soddisfatta da una potenza di calcolo pari a 14 SI95. Se si prevede, come è ragionevole, di svolgere 4 analisi simultanee, la potenza di calcolo complessiva richiesta è pari a 60 SI95, ovvero 3 CPU99. Requisiti di memoria di massa L ammontare di spazio du disco richiesto è pari a circa 1.7 TB, dei quali, 1.2 TB per contenere la produzione completa annuale di mini-dst, 200 GB per contenere una parte dei DST, infine 300 GB di spazio di lavoro. Architettura L architettura proposta è così costituita: uno switch ethernet 100Base-TX cui sono connessi: un server multiprocessore basato su CPU Intel Pentium III Xeon, usato come file-server (NFS) e per compiti di analisi con alto throughput; una farm costituita da PC biprocessore basati su CPU Pentium III standard. Il server dovrebbe contenere 1.4 TB di disco a rapido accesso, specialmente in lettura. La soluzione più appropriata ci sembra quella di utilizzare almeno 2 interfacce SCSI LVD indipendenti e due disk-array in architettura RAID 5. L architettura RAID 0 (striping), che consente un più rapido accesso in scrittura e uno sfruttamento del 100% della memoria dei dischi

5 (contro il 94% del RAID 5 con 16 dischi), è caratterizzata da una fault-tolerance che ci sembra troppo bassa per la mole di dati. Sul server è istallato il sistema operativo Linux e tutti gli strumento di sviluppo, editing e analisi. L istallazione dei PC della farm è invece minimale, limitata al sistema operativo alle shared library e a tutto ciò che è indispensabile a runtime, al fine di ridurre il manpower richiesto per la gestione e l aggiornamento del sistema. Costi La valutazione dei prezzi per il 2001 è stata fatta supponendo che non si renda disponibile nel frattempo, sul mercato, hardware particolarmente innovativo (come processori IA64) e considerando un tempo di dimezzamento dei prezzi pari a 1.5a (CPU), 1.4a (dischi) e 2.1a (registratori su nastro). I prezzi non sono comprensivi di IVA. anno 2000 Switch Ethernet 24 porte 100Base-TX... 2 MA Server Intel 4 Pentium III Xeon 533 MHz, 2 MB cache (23.6 SI95), 1.5 GB RAM, 18 GB SCSI LVD HDD MA Disk Array 5 canali RAID 128 MB cache GB HDD (0.8 TB in RAID 0, 0.75 TB in RAID 5) MA 5 PC biprocessore 2 Pentium III 533 Mhz (22.3 SI95), 20 GB EIDE HDD, 256 MB RAM MA Totale 317 SI95, 075 TB HDD MA anno Processore aggiuntivo per Server Intel Pentium III Xeon 533 MHz, 2 MB cache (23.6 SI95) MA 9 PC biprocessore 2 Pentium III 800 Mhz (38.4 SI95), 20 GB EIDE HDD, 256 MB RAM (38.4 SI95) MA Disk Array 5 canali RAID 128 MB cache GB HDD (0.8 TB in RAID 0, 0.75 TB in RAID 5) MA DLT tape library 70 cassette 3 driver MA Totale 786 SI95, 0.75 TB HDD, MA