Plateforme de simulation en physique des accélérateurs (PSPA)

Présentation

Définition du projet

Septembre 2011

Olivier Dadoun, Christian Helft, Guy Le Meur, Antoine Pérus, François Touze, Alessandro Variola

La conception des accélérateurs modernes nécessite la simulation détaillée d’un nombre croissant de nouveaux types de composants et de phénomènes intervenant dans l’accélération et le transport de particules chargées. De plus, en fonction des résultats attendus, le même phénomène peut être simulé selon différents modèles en utilisant différents algorithmes. Il en résulte que la simulation intégrée d’un accélérateur de particules dépend d’une multitude de paramètres et doit gérer un degré de complexité très élevé. Il importe alors que puissent être mis en œuvre des ensembles de logiciels articulés de manière cohérente, permettant éventuellement des confrontations répétées entre divers choix de modélisation et, par conséquent rapidement accessibles aux utilisateurs. Pour ce faire, la communauté des physiciens des accélérateurs dispose aujourd’hui d’un ensemble important de logiciels de conception de machines, fruit d’une expertise accumulée au cours des trois ou quatre dernières décennies. Malheureusement, cet ensemble reste aujourd’hui essentiellement virtuel, par le fait d’une importante dissémination des ressources et de diverses difficultés d’accès : dispersion des codes dans différents laboratoires, multiplicité de versions d’un même code, implémentations dépendantes des environnements informatiques, manque de publicité, manque de documentation etc. Dans ce contexte, l’efficacité des équipes du laboratoire dans le domaine de la conception et construction d’accélérateurs pourrait être grandement favorisée si elles pouvaient disposer d’un outil rationalisé et moderne de mise à disposition d’un ensemble coordonné de ces codes de simulation. L’expertise du LAL, tant dans le domaine de la physique que celui de la mise en œuvre informatique, pour peu qu’on la maintienne et l’amplifie quelque peu, autoriserait le lancement d’une initiative visant à mettre en place ce « serveur de simulation », qui ne manquerait pas d’intéresser, à terme, l’ensemble de la communauté internationale de physique des accélérateurs. Dans ce but, nous proposons un projet de « plateforme » de simulation en physique des accélérateurs, sous la forme d’un « portail » WEB. Ce portail fournirait l’accès à un ensemble, initialement réduit, puis enrichi progressivement, de différents logiciels permettant à terme la simulation complète d’un accélé-rateur. Le principe en serait que chacun des logiciels proposés soit disponible sous une forme directe-ment exécutable (de manière transparente à l’utilisateur), accompagné d’une documentation suffisante sur le type de modélisation employée et les conditions d’utilisation. Cette plateforme pourrait offrir la possibilité de construire interactivement une machine, de définir indépendamment les traitements physiques à appliquer sur différentes sections de cette machine, de vérifier la cohérence de la suite de logiciels mis en œuvre par l’utilisateur, de lancer l’exécution et d’effectuer une analyse, éventuellement graphique, des résultats produits. Bien entendu, ce type de calcul devrait pouvoir être réitéré en variant des paramètres sur une gamme définie par l’utilisateur. Une interconnexion avec des ressources significatives de calcul réparti sera prévue.

Conception générale

L’objectif essentiel du dispositif proposé est de dégager, dans la mesure du possible, le physicien des accélérateurs des préoccupations de caractère informatique inhérentes à la mise en œuvre coordonnée, au sein d’une même simulation, de multiples logiciels conçus a priori dans un contexte de fonctionnement autonomes. Dans cette optique, il s’agit de découpler la description des éléments optiques de la machine d’une part et la description des traitements des processus physiques à appliquer sur les différentes portions de ladite machine d’autre part. Formellement on peut imaginer une « palette » d’éléments optiques permettant de construire une séquence constituant la machine ou une section de machine. Une fois cette opération effectuée, l’utilisateur pourrait définir des portions de cette machine et désigner, pour chacune, le logiciel applicable parmi un ensemble proposé par une seconde palette.

La simulation proprement dite est constituée d’un enchaînement particulier de différents logiciels, construit à l’aide de « wrappeurs ». Outre les « écrans » permettant de fonctionner selon le mode qui vient d’être brièvement décrit, le portail doit donner accès notamment aux éléments suivants :

• Une documentation générale concernant l’usage du portail
• Une documentation spécifique à chaque logiciel, notamment sur le type de modélisation utilisé (c’est-à-dire, en fait, la documentation « officielle » du logiciel existant, éventuellement commentée et enrichie par les utilisateurs eux-mêmes).
• Définition interactive des paramètres et gammes de variations
• Sauvegarde des données et possibilité de reprise de la simulation
• Analyse graphique des résultats

Eléments de réflexion

L’architecture logicielle

Au regard des fonctionnalités que l’on vise, il faut envisager un « bus » logiciel associé à un « bus » de données, réalisant le contrôle de la simulation, de manière transparente pour l’utilisateur, quant à ses aspects informatiques.

Ainsi, Un des points importants de ce projet est la définition d’un format et d’un système uniques de transfert des données assurant le passage entre les différents types de modélisation, dont les principes peuvent différer radicalement (intégration d’équations de mouvement, formalisme matriciel, éléments finis etc. ) L’accès à la plateforme se fera à l’aide d’un navigateur WEB. Le produit sera conçu en utilisant les tech-nologies WEB les plus récentes.

Ressources informatiques

1. Une interface unique (le « portail ») doit être proposée, ainsi qu’une implémentation transpa-rente à l’utilisateur des exécutables des logiciels.
2. Accès aux moyens de calculs massifs : grille EGEE, StratusLab, XtremWeb-HEP, GPU-multicores.
3. Machine Virtuelle (VM) .

Maquette

La phase initiale du projet sera la fabrication d’une maquette mettant en jeu deux logiciels représenta-tifs, tels PARMELA et TRANSPORT, relevant de deux types de modélisations contrastées (méthode pas à pas et matricielle) utilisant des représentations de faisceau radicalement différentes. Le but de cette maquette sera de mettre en place les principaux concepts et d’en évaluer la pertinence. Elle constituera le noyau initial sur lequel l’ensemble du projet pourra se déployer.

Hello world

Organisation projet

• Participants
• Réunions

Documents

• Documents

Outils

Plusieurs outils ont été mis en place pour servir ce projet:

• Ce site TRAC
• Une entrée ​Indico
• Un groupe Unix 'pspa' permettant d'accéder aux ressources du projet
• Une liste de diffusion mailman (imminent)
• Un espace disque pour installer tous les documents liés au projet ainsi que les développements logiciels (imminent)
• Un espace Web pour déployer les applications du projet
• Un support SVN pour la gestion des versions du logiciel produit (imminent)