Stefano Spataro
Monday, 12th May 2014
ISTITUTO ¡NAZIONALE ¡ DI ¡FISICA ¡NUCLEARE ¡ Sezione ¡di ¡Torino ¡
Computing and Reconstruction in PANDA Stefano Spataro ISTITUTO - - PowerPoint PPT Presentation
Computing and Reconstruction in PANDA Stefano Spataro ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Sezione di Torino Monday, 12 th May 2014 12 th May 2014 Computing and Reconstruction Stefano Spataro In PANDA
Monday, 12th May 2014
ISTITUTO ¡NAZIONALE ¡ DI ¡FISICA ¡NUCLEARE ¡ Sezione ¡di ¡Torino ¡
12th May 2014 Stefano Spataro Computing and Reconstruction In PANDA
12th May 2014 Stefano Spataro Computing and Reconstruction In PANDA
12th May 2014 Stefano Spataro Computing and Reconstruction In PANDA
Facility for Antiproton and Ion Research
Storage Ring
¤ p = 1.5 – 15 GeV/c
High intensity mode
L = 1032 cm-2 s-1 , σp/p = 10-4 Electric cooling
High resolution mode
L = 1031 cm-2 s-1 , σp/p = 10-5 Stochastic cooling
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pp, pA collisions 1.5⇒15 GeV/c (p momentum) Ø Charmonium (cc) spectroscopy Ø Open charm spectroscopy Ø Search for gluonic excitations (hybrids - glueballs) Ø Charmed hadrons in nuclei Ø Drell-Yan Ø Single and double Hypernuclei Ø Parton Dist., EM Form Factor…
More than 500 physicists from more than 54 institutions in 17 countries
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Software manpower is limited and busy also with other activities
ü Data objects format ü Geometry handling ü I/O Manager ü Database connection (which DB?) ü Simulation of physics processes (G3, G4, Fluka, ?) ü Event Display ü Advanced Analysis Tools What do you need from a reconstruction software?
Panda ¡decided ¡ to ¡join-‑> ¡ FairRoot: ¡same ¡ Base ¡package ¡ for ¡different ¡ experiments ¡
2006 ¡
MPD ¡(NICA) ¡ start ¡also ¡using ¡ FairRoot ¡ Start ¡tesOng ¡ the ¡VMC ¡ ¡ concept ¡for ¡ CBM ¡ First ¡Release ¡of ¡ CbmRoot ¡ ¡
2004 ¡
ASYEOS ¡joined ¡ (ASYEOSRoot) ¡ GEM-‑TPC ¡ seperated ¡ from ¡PANDA ¡ branch ¡ (FOPIRoot) ¡ R3B ¡joined ¡ EIC ¡(Electron ¡ Ion ¡Collider ¡ BNL) ¡ EICRoot ¡
2011 ¡ 2010 ¡ 2012 ¡
SOFIA (Studies On Fission with Aladin) ¡ ENSAR-‑ROOT ¡ CollecOon ¡of ¡ modules ¡used ¡by ¡ structural ¡nuclear ¡ phsyics ¡exp. ¡
2013
Postgresql Root files MySQL Oracle Run Manager Event Generator Magnetic Field Detector base IO Manager Tasks RTDataBase Root ¡files ¡ ¡Hits, ¡ ¡ Digits, ¡ ¡ Tracks ¡ Application Cuts, processes Event Display Track propagation TSQLServer
Virtual MC Geant3 Geant4 G4VMC G3VMC Geometry
STT MUO TOF GEM EMC MVD DIRC FTS ASCII EvtGen DPM Pythia Track finding digitizers Hit Producers Dipole Map Solenoid Map const. field
Panda Code
CbmRoot R3BRoot MPDRoot (NICA) ASYEOSRoot EICRoot
M.Al-Turany, D.Bertini, F.Uhlig, R.Karabowicz
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ü K- Nearest Neighbors (KNN) ü Learning Vector Quantization (LVQ) ü Multi Layer Perceptron (MLP) ü …
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12th May 2014 Stefano Spataro Computing and Reconstruction In PANDA Nightly → all nights Continuous → each commit Experimental → on demand
F.Uhlig
Ø It can run on all platforms (source distribution) Ø Several Panda institutions were hosting Alien sites ü “Reuse” of currently existing manpower ü Use of parts of already existing resources ü Strong collaboration with Alien developers
in 2018 300000 cores + grid 40 PB disk 40PB/y archive
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target forward
MVD
GEM FTS STT
(GENFIT- Munich*)
(GEANE – Pavia**)
Energy loss Not homogeneous magnetic field Different detector hits Ø 3D points – (TPC) Ø planar hits – MVD/GEM Ø tube + drift time – STT/FTS
barrel forward
**A.Fontana, L.Lavezzi, A.Rotondi * C. Höppner, S.Neubert
MVD STT
G.Boca, R. Karabowicz , L.Lavezzi
X Y STT
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S.Costanza, L.Lavezzi
12th May 2014 Stefano Spataro Computing and Reconstruction In PANDA
15.00 11.91 8.90 4.06 1.50
_ p @ [GeV/c]
|B| [T]
Ø Ideal Pattern Recognition Ø Kalman Filter
muons
E.Fioravanti, I.Garzia, R.Kliemt
H.Xu, TIPP2011, Chicago
Ipeak/Iavg ≈ 2-2.5
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Software Trigger Algorithms
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– Invariant Mass: Tracking/Momentum – Electron ID: Tracking, cluster energy, track/cluster match – Muon ID: Tracking, Muon detector information – Vertex: Tracking
– Pi0s: EMC clusters – Inv. Mass: Tracking – Kaon, Pion ID: dE/dx, DIRC info (w/ track match), ToF (track match) – Vertex: Tracking
– Inv. Mass: Tracking – proton, pion ID: DIRC info (w/ track match) – Vertex: Tracking
continuous sampling DAQ flash ADC self-triggered detector front-end front-end feature extraction (signal amplitude, shape, …) each signal get a time stamp (155.52 MHz) high quality clock distributed
slow transition from event based to time ordered simulation
STT 0.5 ns 3 ns 20 ns 200 ns
Digi Index Time Stamp [ns] Position in Array Time Stamp [ns]
same color = same event
MVD Digi Data Stream
Digi index
T.Stockmanns T.Stockmanns
Marius C. Mertens
Black ¡circles: ¡Early ¡isochrone ¡ Blue ¡circles: ¡Early ¡skewed ¡isochrone ¡ Green ¡circles: ¡Close ¡isochrone ¡ Red ¡circles: ¡Late ¡isochrone ¡ Black ¡dots: ¡MVD ¡hits ¡ Green ¡dots: ¡MVD ¡hits ¡r/z ¡> ¡0.3 ¡ Black+Red ¡dots: ¡Triplets/Skewlets ¡ ¡tracks: ¡Vetoed ¡ Blue ¡tracks: ¡Accepted ¡
XY-View Dual Parton Model (DPM): Standard pp background generator
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No possibility to pre-filter events (lvl1)
algorithms run continuously
Conformal ¡ transformaIon
x,y,z,r ¡ Wire position +drift distance
Legendre ¡ transformaIon Find ¡peak Fill ¡ Legendre ¡space
Simulation with ISim Pt(GeV/c)
Tracking Algorithm And tests with PC as data source and receiver see Y.Liang talk
M.Al-Turany Track Propagation with Panda Field (RK 4th order)
Speedup
ü GPUs for event reconstruction CHEP 2010 – Mohammad Al-Turany ü Track Finding in a High-Rate Time Projection Chamber Using GPUs CHEP 2010 – Felix Böhmer ü Track finding and fitting on GPUs, first steps toward a software trigger CHEP 2012 – Mohammad Al-Turany ü Possibility to run Cuda directly from PandaRoot (FairCUDA) ü Direct collaboration with NVIDIA ü Algorithm Developments of: Ø GPU Hough Transform Tracker Ø GPU Riemann Track Finder Ø GPU Triplet Finder
see A. Herten talk
300 ¡GB/s ¡ 20M ¡Evt/s ¡ How to distribute the processes? How to manage the data flow? How to recover processes when they crash? How to monitor the whole system? …… > 60 000 CPU-core
GPU, FPGA, …
Ø Highly ¡flexible: ¡different ¡data ¡paths ¡should ¡be ¡modeled. ¡ ¡ Ø AdapIve: ¡Sub-‑systems ¡are ¡conInuously ¡under ¡development ¡and ¡improvement ¡ Ø Should ¡works ¡for ¡sim ¡and ¡real ¡data: ¡developing ¡and ¡debugging ¡ ¡the ¡algorithms ¡ Ø It ¡should ¡support ¡all ¡possible ¡hardware ¡(CPU, ¡GPU, ¡FPGA, ¡ARR?) ¡ Ø It ¡has ¡to ¡scale ¡to ¡any ¡size! ¡With ¡minimum ¡or ¡ideally ¡no ¡effort. ¡
Experiment/detector ¡ specific ¡code ¡ Framework ¡classes ¡ that ¡can ¡be ¡used ¡ directly ¡ ¡ see M. Al-Turany talk
Computing Model Ø The MONARC model good starting point but updated by new technologies Ø Grid, Cloud, Proof, computing on FPGAs and on GPUs… Ø Multi-core CPUs and many-core GPUs → importance of scalable software Ø More democratic and flexible models ü Panda benefits from the LHC experiences and from the new IT technologies ü Taking data from 2018, still some time to take final decisions ü The trigger-less data acquisition is the real challenge Reconstruction Ø PandaRoot is our framework for simulation, reconstruction and analysis Ø Dynamic data structure, macro driven, supported on many OS Ø Advantages from a large developer community and from 3rd part packages Ø Time based simulation under realization (new concept!) Ø High importance of Online algorithms ü With LHC upgrade higher data rates and more need of software parallelization ü Many points in common with LHC experiments, mutual benefits?