科学者が GPU と AI で CERN の HPC を高速化

編集者注: これは、ハイパフォーマンス コンピューティングで科学を進歩させる研究者をプロファイリングするシリーズの一部です。

マリア ジローネは、アクセラレーテッド コンピューティングと AI を使用して、科学コンピューターの世界最大のネットワークを拡張しています。

2002 年以来、Ph.D. 素粒子物理学の博士は、CERN の大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) をサポートする 40 か国以上の 170 拠点にわたるシステムのグリッドに取り組んできました。LHC 自体は大幅なアップグレードの準備が整っています。

巨大加速器（HL-LHC）の高輝度バージョンは、10倍の陽子衝突を生成し、年間エクサバイト規模のデータを生成します。 これは、2012 年に 2 つの実験でヒッグス粒子 (科学者の宇宙に対する理解が実証された素粒子) を発見したときに生成された量よりも 1 桁多い量です。

ジローネは南イタリアで育った幼い頃から科学が大好きでした。

「大学では、宇宙を支配する基本的な力について学びたかったので、物理学に重点を置きました」と彼女は語った。 「私が CERN に惹かれたのは、世界中のさまざまな地域の人々が科学に対する共通の情熱を持って協力している場所だからです。」

レマン湖とジュラ山脈の間に位置する欧州原子核研究機構は、12,000 人以上の物理学者が結集しています。

27 キロメートルのリングは、陽子が光の速度の 99.9999991% で周囲を飛び回ることから、世界最速のレーストラックと呼ばれることもあります。 その超電導磁石は絶対零度近くで動作し、一時的に太陽の数百万倍も高温になる衝突を引き起こします。

2016 年、ジローネ氏は、イノベーションを加速し、将来のコンピューティングの課題に取り組むために学術研究者と業界の研究者を集めたグループである CERN オープンラボの CTO に任命されました。 イタリアに拠点を置く HPC および AI の専門家である E4 Computer Engineering との協力を通じて、NVIDIA と緊密に連携しています。

ジローネ氏は、初期の活動の 1 つとして、CERN オープンラボの AI に関する最初のワークショップを開催しました。

業界の参加は強力であり、テクノロジーに熱意を持っていました。 物理学者たちはプレゼンテーションの中で、今後の課題について説明しました。

「その日の終わりまでに、私たちは2つの異なる世界から来たことに気づきましたが、人々はお互いの意見に耳を傾け、次に何をすべきかについて熱心に提案を考えていました」と彼女は言いました。

現在、高エネルギー物理学のデータ処理チェーン全体に AI を適用することに関する出版物の数が増加しているとジローネは報告しています。 この研究は、AIで複雑な問題を解決する機会を見出している若い研究者を惹きつけている、と彼女は述べた。

一方、研究者らは物理ソフトウェアを GPU アクセラレーターに移植し、GPU 上で実行される既存の AI プログラムを使用しています。

「研究者と協力して問題を解決し、質問に答え、記事を執筆する NVIDIA のサポートがなければ、これほど早くは実現しなかったでしょう」と彼女は言いました。 「科学がテクノロジと並行して進化する必要があること、および GPU によるアクセラレーションをどのように活用できるかを理解する人材が NVIDIA にいることは、非常に重要です。」

エネルギー効率もジローネのチームにとって最優先事項です。

「私たちは低電力アーキテクチャへの移植など、多くのプロジェクトの実験に取り組んでおり、次世代の低電力プロセッサを評価することを楽しみにしています」と彼女は述べた。

HL-LHC に備えるため、3 月に CERN オープンラボの所長に任命されたジローネ氏は、機械学習とアクセラレーテッド コンピューティングによって科学を加速する新しい方法を模索しています。 他のツールも近い将来、あるいは遠い将来に登場します。

このグループは最近、デジタル ツインを構築するためのエンジンのプロトタイプを作成するための資金を獲得しました。 物理学者だけでなく、天文学から環境科学までの分野の研究者にもサービスを提供する予定だ。

CERN はまた、量子コンピューティングにおける学術研究者と産業界の研究者間の協力を開始しました。 この技術は科学を進歩させ、より良い量子システムにもつながる可能性がある。

コミュニティづくりのもう 1 つの活動として、ジローネさんは Women in HPC グループのスイス支部の 4 人の共同設立者の 1 人でした。 これは、キャリアのあらゆる段階で女性をサポートするための具体的な行動を定義するのに役立ちます。

「私は、誰もが貢献し、所属していると感じられる多様性のあるチームを作ることに情熱を持っています。それは単なる数字に関するチェックボックスではなく、所属感を実現したいのです」と彼女は言いました。

ジローネは、CERN がヒッグス粒子の発見を発表した日、その精神の一端を捉えた何千人もの物理学者の一人でした。

彼女は午前4時に起床して大講堂の席に並ぶために並んだことを思い出します。 その日に到着したすべての研究者とゲストを収容することはできませんでしたが、近くのホールからイベントを見守っていた彼女や他の人々は達成の喜びを感じました。

「私は自分が貢献したことを知っていました」と彼女は言いました。 「私はこの論文の多数の著者の一人であることを誇りに思いましたし、両親や子供たちも誇りに感じました。」

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