Nieuw 100 Gbps high-speed transatlantisch netwerk ten behoeve van wetenschappelijke samenwerkingen

Nieuw 100 Gbps high-speed transatlantisch netwerk ten behoeve van wetenschappelijke samenwerkingen

Anonim

door Fermi National Accelerator Laboratory

Wetenschappers in de VS zullen binnenkort toegang hebben tot nieuwe, supersnelle netwerkverbindingen over de Atlantische Oceaan, dankzij een project dat momenteel loopt om ESnet (het Energy Department Network van het Amerikaanse ministerie van Energie) uit te breiden naar Londen, Amsterdam en Genève. Hoewel het project is ontworpen om gegevensintensieve wetenschap in het gehele nationale laboratoriumcomplex te bevorderen, zullen de grootste gebruikers van de nieuwe koppelingen deeltjesfysici zijn die onderzoek verrichten bij de Large Hadron Collider (LHC), 's werelds grootste en krachtigste deeltjesbotser. De hoge capaciteit van deze nieuwe verbinding biedt Amerikaanse wetenschappers verbeterde toegang tot gegevens bij de LHC en andere in Europa gevestigde experimenten door de uitwisseling van gegevenssets tussen instellingen in de VS en computerfaciliteiten in Europa te versnellen.

DOE's Brookhaven National Laboratory en Fermi National Accelerator Laboratory - de primaire rekencentra voor Amerikaanse medewerkers van respectievelijk de ATLAS- en CMS-experimenten van de LHC - zullen onmiddellijk gebruik maken van de nieuwe netwerkinfrastructuur, zodra deze grondig is getest en in gebruik is genomen. Omdat ESnet, gebaseerd op DOE's Lawrence Berkeley National Laboratory, alle nationale laboratoria en een aantal universitaire projecten in de VS met elkaar verbindt, profiteren ook tienduizenden onderzoekers uit alle disciplines.

De transatlantische uitbreiding van ESnet zal een totale capaciteit van 340 gigabit per seconde (Gbps) leveren en tientallen wetenschappelijke samenwerkingen bedienen. Om de veerkracht van de nieuwe infrastructuur te maximaliseren, zal ESnet-apparatuur in Europa onderling worden verbonden door speciale 100 Gbps-koppelingen van de pan-Europese netwerkorganisatie GÉANT.

De ESnet-extensie zal aanwezig zijn voordat de LHC in CERN in Zwitserland - momenteel afgesloten voor onderhoud en upgrades - weer in gebruik is in het voorjaar van 2015. Omdat het gaspedaal op veel hogere energie tegen protonen botst, komt de data-uitvoer van de detectoren zullen aanzienlijk uitbreiden - tot ongeveer 40 petabytes aan RAW-gegevens per jaar vergeleken met 20 petabytes voor alle eerdere botsingen met lagere energie die werden geproduceerd gedurende de drie jaar van de LHC-eerste run tussen 2010 en 2012.

De cross-Atlantische connectiviteit tijdens de eerste succesvolle run voor de LHC-experimenten die uitmondden in de ontdekking van het Higgs-boson werd geleverd door het Amerikaanse LHCNet-netwerk, beheerd door het California Institute of Technology. In de afgelopen jaren hebben belangrijke onderzoeks- en onderwijsnetwerken over de hele wereld - inclusief ESnet, Internet2, CENIC in Californië en Europese netwerken zoals DANTE, SURFnet en NORDUnet - hun backbone-capaciteit met een factor tien verhoogd, met behulp van geavanceerde nieuwe optische netwerken en digitale signaalverwerkingstechnologieën. Tot voor kort werden hogesnelheidskoppelingen echter niet ingezet voor productiedoeleinden in de Atlantische Oceaan - waardoor een 'impedantie-mismatch' in het netwerk ontstond die grote, intercontinentale gegevensstromen kan schaden.

Een evoluerend datamodel

Deze upgrade valt samen met een verandering in het datamodel voor LHC-wetenschap. Voorheen werden gegevens verplaatst in een meer voorspelbaar en hiërarchisch patroon dat sterk werd beïnvloed door geografische nabijheid, maar netwerkupgrades over de hele wereld hebben het nu mogelijk gemaakt om gegevens flexibeler en dynamischer op te halen en uit te wisselen. Deze verandering zorgt voor snellere wetenschappelijke resultaten en een efficiënter gebruik van opslag en rekenkracht, maar het vereist netwerken over de hele wereld om feilloos samen te presteren.

"Het hebben van de nieuwe infrastructuur zal voldoen aan de toegenomen behoefte om met LHC-gegevens om te gaan en zal op een veel dynamischer manier flexibelere toegang tot die gegevens bieden dan LHC-medewerkers in het verleden", zei natuurkundige Michael Ernst van het Brookhaven National Laboratory van DOE, een belangrijk lid van het team dat het nieuwe en flexibelere raamwerk voor de uitwisseling van gegevens tussen de wereldwijde LHC Computing Grid-centra heeft uitgezet.

Ernst leidt een computerfaciliteit bij Brookhaven Lab die oorspronkelijk was opgezet als een centrale hub voor Amerikaanse medewerkers van het ATLAS-experiment van de LHC. Een vergelijkbare faciliteit in het Fermi National Accelerator Laboratory heeft deze rol gespeeld voor de Amerikaanse medewerkers van de LHC aan het CMS-experiment. Deze computerbronnen, "Tier 1" -centra genoemd, hebben directe links naar de LHC in het Europese CERN-laboratorium (Tier 0). De experts die ze runnen, zullen wetenschappers blijven dienen onder de nieuwe structuur. Maar in plaats van alleen te dienen als hubs voor gegevensopslag en distributie onder in de VS gevestigde medewerkers van Tier 2 en 3 onderzoekscentra, zullen de speciale faciliteiten in Brookhaven en Fermilab ook in staat zijn om te voorzien in de gegevensbehoeften van de volledige ATLAS- en CMS-samenwerkingsverbanden over de hele wereld . En evenzo zullen Amerikaanse Tier 2- en Tier 3-onderzoekscentra een snellere toegang hebben tot Tier 1- en Tier 2-centra in Europa.

"Deze nieuwe infrastructuur biedt LHC-onderzoekers in laboratoria en universiteiten over de hele wereld snellere toegang tot belangrijke gegevens", zegt Fermilab's Lothar Bauerdick, hoofd software en informatica voor de Amerikaanse CMS-groep. "Terwijl de LHC-experimenten opwindende resultaten blijven produceren, laat deze belangrijke upgrade medewerkers deze resultaten beter dan ooit zien en analyseren."

Ernst voegde eraan toe: "Als gecentraliseerde hubs voor de verwerking van LHC-gegevens, is onze betrouwbaarheid, prestaties en expertise gevraagd door de hele samenwerking en nu zullen we beter in staat zijn om aan de behoeften van de wetenschappers te voldoen."

Een investering in wetenschap

ESnet wordt gefinancierd door DOE's Office of Science om te voorzien in de netwerkbehoeften van DOE-laboratoria en wetenschappelijke projecten. De transatlantische extensie vertegenwoordigt een financiële samenwerking, met gedeeltelijke ondersteuning van DOE's Office of High Energy Physics (HEP) voor de komende drie jaar. Hoewel LHC-wetenschappers een specifiek deel van het nieuwe netwerk krijgen zodra het is geïnstalleerd, hebben alle wetenschapsprogramma's die gebruik maken van ESnet nu toegang tot snellere netwerkverbindingen voor hun gegevensoverdracht.

"We wachten reikhalzend uit op de start van de ingebruikname van de nieuwe infrastructuur", zegt Oliver Gutsche, Fermilab-wetenschapper en lid van de CMS Offline and Computing Management Board. "Na de ontdekking van Higgs komen de volgende grote LHC-mijlpalen in 2015 en dit netwerk zal onmisbaar zijn voor het succes van het LHC Run 2-natuurkundeprogramma."