Міжнародне співробітництво в області фізики елементарних частинок: нові завдання та нові можливості для українських вчених

Опубліковано: 28 вересня 2021 року

Leonid Levchuk_Head of the Department of Experimental Studies in High Energy Particle and Nuclear Physics at the NSC KIPT
Леонід Левчук, завідуючий відділом експериментальних досліджень з фізики елементарних частинок і ядерної фізики високих енергій у ННЦ ХФТІ

Розвиток технологій несе з собою як нові можливості, так і нові завдання. Модернізація Великого адронного колайдеру (ВАК), яку планує провести Європейська організація ядерних досліджень (ЦЕРН), поставить додаткове завдання перед українськими науковцями з Харківського фізико-технічного інституту. Проте нова «спектральна» цифрова магістраль від Асоціації УРАН разом з проєктом EaPConnect (фінансується ЄС) пропонує перспективне рішення, яке задовольнить потреби ХФТІ у збільшенні потоку даних.

Кандидат фізико-математичних наук Леонід Левчук завідує у Національному науковому центрі (ННЦ) ХФТІ відділом експериментальних досліджень з фізики елементарних частинок і ядерної фізики високих енергій – єдиним українським колективом, що обробляє дані від Великого адронного колайдеру. Важливим напрямком роботи відділу є участь у багатоцільовому експерименті з компактним мюонним соленоїдом (CMS).

«Ця робота була б неможлива без доступу до пан’європейської мережевої інфраструктури GÉANT», – каже пан Левчук.

ХФТІ отримує доступ до GÉANT від Асоціації УРАН, національної науково-освітньої телекомунікаційної мережі (НРЕН) України,  в рамках її партнерства в EaPConnect, проєкті фінансової ініціативи «EU4Digital: Об’єднання дослідницьких та освітніх спільнот». Новий «спектральний» канал зв’язку, що функціонує з вересня 2021 року, суттєво збільшує ємність підключення до мережі GÉANT вже зараз – та здатний забезпечити подальше зростання у майбутньому. Це велике досягнення в еволюції мереж, що забезпечують роботу ННЦ ХФТІ.

Зростання потреб та розвиток мереж

Ще до запуску ВАК у 2009 році ННЦ ХФТІ побудував обчислювальний комплекс, який став центром обробки даних (ЦОД) 2-го рівня в інформаційно-обчислювальній грід-інфраструктурі CMS. Колектив пана Левчука повинен забезпечувати високий рівень надійності на об’єкті. Завдання не з простих: необхідно постійно контролювати роботу комплексу та забезпечувати належне функціонування складного спеціалізованого програмного забезпечення.

«З тих пір на наш комплекс під назвою “T2_UA_KIPT” було передано для обробки близько 20 петабайт експериментальної інформації. T2_UA_KIPT працює цілодобово з високим рівнем експлуатаційної якості, що визначається показниками “доступність/готовність”. За цими показниками він є одним з найкращих ЦОД CMS 2-го рівня», – підкреслює Леонід Левчук.

Таке досягнення стало можливим лише завдяки доступу до мережевої інфраструктури GÉANT. «Наприклад, ХФТІ отримав доступ до деяких ЦОД CMS в США, які мають підключення до Інтернету лише через Internet2 або ESnet, оскільки вони доступні з європейської мережі GÉANT. На щастя, ми отримали цей доступ завдяки угоді між УРАН та нашим академічним провайдером (UARNet), і всі необхідні мережеві з’єднання для T2_UA_KIPT були встановлені», – пояснює пан Левчук.

265_0684605887562

З часом його колектив зіткнувся з проблемою збільшення потреб у пропускній здатності. Науковий співробітник відділу Олексій Куров розповів про це у своєму інтерв’ю 2019 року: «На жаль, наші канали не мали необхідної потужності, тому ми не могли досягти необхідної ефективності обробки даних… Нам не вдалося вирішити цю проблему самостійно, і ми звернулися за допомогою до Асоціації УРАН».

Співпраця між УРАН та командою ННЦ ХФТІ стала прямою, тісною та регулярною. «Завдяки цій співпраці та проєкту EaPConnect пропускну здатність каналу LHCONE/GÉANT поступово збільшили до 10 гігабіт на секунду. Це дозволило забезпечити пропускну здатність мережі, яка відповідає вимогам до ЦОД CMS 2-го рівня», – каже пан Левчук.

Нові складні завдання та «спектральне» рішення

Потік даних з експерименту CMS продовжував зростати. Пан Левчук з колегами почали спостерігати насичення свого каналу потоком даних від CMS. З’явилися наміри розширити канал приблизно до 40 гігабіт на секунду. Однак плани ЦЕРН щодо оновлення ВАК до 2027 року ставлять перед колективом додаткові завдання. ЦЕРН збільшить світимість колайдеру у 5-7,5 разів: з більшою світимістю надходить більше експериментальної інформації, яку потрібно передавати через мережі для обробки, зокрема, на ЦОД CMS 2-го рівня.

Цю нову проблему слід вирішувати з двох напрямків, розмірковує пан Левчук: перший – забезпечити фінансування від уряду України для суттєвого оновлення системи. Швидкість операцій введення-виведення даних на дисковому сховищі встановлює певні обмеження. Під час передачі даних такі операції зазвичай відбуваються паралельно на кількох масивах дисків зберігання, але більшість цих масивів на T2_UA_KIPT вже заповнені. «На жаль, продуктивність апаратного забезпечення T2_UA_KIPT, включаючи ємність сховища, приблизно в 3 рази нижче того, що для ЦОД CMS 2-го рівня вважають “номінальним”, і комплекс потребує оновлення”, – висловлює свою стурбованість пан Левчук.

На жаль, продуктивність апаратного забезпечення T2_UA_KIPT, включаючи ємність сховища, приблизно в 3 рази нижче того, що для ЦОД CMS 2-го рівня вважають “номінальним”, і комплекс потребує оновлення

Другий необхідний напрямок – розширення пропускної здатності мережі вище 100 гігабіт на секунду. Нове мережеве з’єднання, реалізоване через EaPConnect, вже досягає цієї потужності. А його «спектральні» можливості дозволять передавати дані з використанням світлових хвиль різної довжини, що потенційно збільшить пропускну здатність інфраструктури приблизно до 400 гігабіт на секунду.

Завдяки цьому ННЦ ХФТІ зможе й надалі підтримувати відмінну функціональність свого ЦОД CMS 2-го рівня, а колектив Леоніда Левчука – почесно представляти Україну на світовій науковій арені.

Зображення – особистий архів Л. Левчука, ЦЕРН