Le calcul à haut débit comme catalyseur de la science des trous noirs – Morgridge Institute for Research

Le 25 juin 2021, l’astrophysicien de l’Arizona Feryal Ozel a publié un article sur Twitter qui a dû stimuler l’imagination scientifique. Elle a noté que l’Open Science Pool (OSPool) vient d’établir un record d’une seule journée de capacité livrée avec plus de 1,1 million d’heures de base. Son projet d’équipe menait la vague.

Pouvez-vous dire que quelque chose cuit ? demanda-t-elle effrontément.

Près d’un an plus tard, le secret est dévoilé. Le projet Event Horizon Telescope (EHT), une collaboration de plus de 300 astronomes du monde entier, a annoncé le 12 mai qu’il avait produit une image d’un trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, seulement la deuxième image du genre en l’histoire.

EHT a fait cette histoire initiale en 2019 lorsqu’il a partagé une image dramatique d’un trou noir au centre de la galaxie M87, à 55 millions d’années-lumière de la Terre, faisant ainsi passer les trous noirs d’un concept théorique à un phénomène observable.

Pour cette nouvelle image, EHT a exploité la puissance de l’OSPool qui est exploité par le consortium OSG pour aider à relever le défi informatique derrière ce travail. Cela a nécessité l’exécution de plus de 5 millions de tâches de calcul qui ont consommé plus de 20 millions d’heures de base. La plupart des calculs se sont déroulés sur une période de 3 mois en 2021.

Le tissu de services de l’OSG est devenu l’épine dorsale informatique des activités scientifiques de toutes tailles, des chercheurs individuels aux collaborations internationales comme l’EHT. Basés sur les principes du calcul à haut débit (HTC) mis au point par Miron Livny, informaticien de l’UW-Madison et chercheur au Morgridge Institute for Research, les services OSG répondent au besoin des projets de recherche de gérer des charges de travail constituées d’ensembles toujours croissants de tâches de calcul. Les chercheurs peuvent placer ces charges de travail aux points d’accès OSG et exploiter la capacité de l’OSPool qui est fournie par les contributions de plus de 50 institutions à travers le pays.

Au fil des décennies, de grandes collaborations internationales ont tiré parti des services de l’OSG pour chasser les neutrinos cosmiques au pôle Sud, identifier les ondes gravitationnelles générées à des milliards de kilomètres dans l’espace et découvrir la dernière pièce du puzzle de la physique des particules, le boson de Higgs.

Chi-Kwan CK Chan, un astronome de l’Université de l’Arizona qui coordonne les travaux de simulation EHT, explique que le projet utilise les données de 8 télescopes à travers le monde. Il dit que depuis sa connexion aux services OSG en 2020, il est devenu une ressource essentielle pour produire les millions de simulations qui aident à valider les propriétés physiques non directement vues par ces télescopes comme la température, la densité et les paramètres du plasma.

Et une fois que nous avons rassemblé ces nombreuses images calculées sur de nombreux paramètres, nous avons pu comparer nos simulations avec nos observations et développer une image plus fidèle de la physique réelle d’un trou noir, dit Chan.

La simulation est particulièrement importante en astronomie, car notre système astrophysique est si compliqué, ajoute-t-il. L’utilisation des services OSG nous permet d’éliminer des centaines de milliers de paramètres et de trouver les configurations qui fonctionnent le mieux.

« Cela a amélioré notre science d’un ordre de grandeur. »

CK Chan

Chan ajoute que le consortium OSG fournit également le stockage dont le travail de simulation EHT a besoin, ce qui permet aux données d’exister en un seul endroit et facilite leur gestion. L’essentiel est que l’OSG améliore considérablement l’efficacité du travail de simulation EHT. Chan estime que le partenariat a permis aux scientifiques de l’EHT d’accomplir en trois mois ce qui pourrait prendre 3 ans avec des méthodes conventionnelles.

Cela a amélioré notre science d’un ordre de grandeur, ajoute Chan. Il y a tellement d’autres paramètres de l’espace que nous pouvons explorer.

La collaboration EHT a été déclenchée par des contacts au bureau de la National Science Foundation (NSF) pour la cyberinfrastructure avancée (OAC). Suite à notre engagement à tirer parti des investissements de la NSF dans la cyberinfrastructure, nous avons contacté CK et cela s’est avéré être une correspondance parfaite, déclare Livny.

NSF a été un soutien essentiel du Consortium OSG depuis sa création en 2005, et c’est un exemple parfait d’une collaboration entre deux activités financées par NSF, dit Livny. En 2020, la NSF a lancé le partenariat de 22,5 millions de dollars pour faire progresser le calcul du débit (PATh), avec une présence significative au département des sciences informatiques de l’UW-Madison et au Morgridge Institute for Research. Ce partenariat contribue à étendre l’adoption de HTC et à faire progresser les technologies HTC qui alimentent les services OSG.

Livny, qui est chercheur principal de PATh, affirme que la charge de travail de calcul EHT équivaut à avoir plusieurs millions de tâches individuelles sur votre liste de tâches. Les principes HTC qui sous-tendent les services OSG fournissent des moyens efficaces pour gérer une liste de tâches aussi longue et parfois interdépendante. Sinon, c’est comme essayer de remplir une piscine une cuillère à café à la fois, dit-il.

Chan et son équipe de chercheurs en Arizona, en Illinois et à Harvard ont travaillé en étroite collaboration avec l’équipe de facilitateurs de recherche de l’OSG pour optimiser l’impact des services de l’OSG sur leurs charges de travail à haut débit. Dirigée par la facilitatrice UW-Madison Lauren Michael, l’équipe a fourni au groupe EHT le stockage nécessaire, a conseillé leurs politiques d’automatisation de la charge de travail et les a aidés à transférer les résultats vers le campus de l’Arizona.

Livny souligne que les services de l’OSG sont fondés sur les principes de partage et de confiance mutuelle. Tout chercheur américain peut apporter sa charge de travail de calcul à un point d’accès OSG et toute institution américaine peut apporter une capacité de calcul à l’OSPool.

J’aime dire que vous n’avez pas besoin d’être une super personne pour faire du calcul à très haut débit, dit Livny.