超高エネルギーコライダー実験に係わるコンピューターシステムの国際共同開発調査研究

• 研究課題/領域番号: 05041067
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 学術調査
• 研究機関: 高エネルギー物理学研究所
• 研究代表者: 渡瀬 芳行 高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 教授 (70018662)
• 研究分担者: 浅井 慎 広島工業大学, 電気工学科, 助教授 (40192926) ; 神崎 純一 (神前 純一) 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (60169787) ; 高岩 義信 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (10206708) ; 能町 正治 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (90208299) ; 一井 信吾 高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 助手 (40203088) ; 森田 洋平 高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 助手 (00212267) ; 三浦 靖子 高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 助教授 (40013403) ; 藤井 啓文 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (60013439) ; 尼子 勝哉 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (50044772) ; 近藤 敬比古 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 教授 (30150006) ; SASAKI Takashi Computing Center, KEK
• 研究期間 (年度): 1993 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円); 1994年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 1993年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
• キーワード: 超高エネルギー / データ収集 / イベントビルダー / 並列処理 / 大規模データ格納 / 分散ファイルシステム / オブジェクト指向 / シミュレーション / 高速データ収集 / SSC / LHC

研究概要

1.リアルタイムデータ収集関連
(1)高速イベントビルダーにおけるデータフローの研究
高速イベントビルダー(多数の測定器エレメントからのデータを収集し、一つの事象データとすること)を実現するには、大規模な分散システムを使って負荷を分散させることが必要である。このような大規模な分散システムでは、いかに効率良くデータの流を制御するかが、そのシステムの性能を決める重要な要素となる。イベントビルダーでのデータの流れの制御について、いろいろな方式についての調査及び考察を行なった。特に、次の2つの方式について研究を行った。
我々は独自の方式として "Global Traffic Control System"を提唱している。これは大規模な最終段のイベントビルダーとしてもっとも効率の良いものとの評価を得ている。その成果は1994年秋のデータ収集国際会議等で発表した。一方規模は小さいがデータレートの高いトリガー情報用のイベントビルダーにはセルフルーティングによるデータの流れの制御の方が効率がよい可能性がある。我々はCERNのRD31グループと共同で研究を進めることによりこの方式についての問題点を調べた。これについても1994年秋のデータ収集国際会議等で発表した。これについては最近されにシミュレーションが進みシステムの解析が進んだので1995年5月のリアルタイム国際会議でその成果を発表する予定である。
(2)UNIXによるデータ収集システムの開発
我々はオープンなシステムソフトウエアであるUNIXをデータ収集システムに使うためにテストを行ない、CAMACドライバーなどの開発を行なってきた。その成果を基に、UNIDAQがKEK、ミシガン大、東工大等のコラボレーションにより開発された。UNIDAQは日米各地の研究所で高エネルギー実験、原子核実験、宇宙物理等の広い分野でもすでに使用されている。特に日本ではこれらの分野のデータ収集システムの新しい標準となりつつある。また、オープンなシステムソフトウエアをもとに開発されているためUNIDAQがサポートするハードウエアはこれまでのデータ収集システムに比べて非常に多くなっており、最新のハードウエアにも早期に対応している。
1994年度はKEKが主となりVersion2.3をミシガン大と協力して行った。また1993年度までの成果は1994年4月の国際会議(CHE P '94)で報告をおこなった。
2.データ解析用システムの調査研究
大規模データの格納とそれへのアクセスに関する調査研究はハードウエアの面とソフトウエアの両面から行われた。高速なデータ収集システムに対応した高速入出力が可能で、総容量 数百TB級のデータ記録システムとしては現時点では1-2社の製品をもとに構築する以外にはないことがわかった。データファイルをも一般ファイルと区別なく取り扱う階層型ファイルシステムに関する調査も進んだが、データの性格によって異なるアクセスが必要であるので、それらを並用の形のファイルシステムが妥当である。CERNとKEKはそれぞれ独自のプログラムを作るが利用者のインターフェースはそろえる方向で調査検討した。また大量データのアクセスのための国際的な高速ネットワークについても調査をすすめた。
3.プログラムライブラリーに関する国際的な共同開発
(1)オブジェクト指向によるソフトウエア開発
次世代の高エネルギー物理学実験(HEP実験)に於いては、実験規模が増大し、データ処理及びシミュレーションのためのソフトウエア自体が複雑かつ大規模化してくる。この様な環境下でのソフトウエア開発技術の確立は計算機科学分野での研究課題でもあり、いわゆるソフトウエア工学として研究が続けられてきている。その中で生まれてきた種々のソフトウエア開発技法の内、最も有力と考えられている手法はオブジェクト指向解析/設計技術であり、現在、計算機分野でのソフトウエア開発はこの技術にもとづいてその方向を大きく変えようとしている。この研究では、このオブジェクト指向解析/設計技術が高エネルギー物理学実験に於ける大規模ソフトウエア開発に適用できるかを評価した。具体的には、高エネルギー物理学実験の測定器シミュレーション・プログラムとして世界的に標準として用いられているGEANTプログラムを、オブジェクト指向解析/設計技術を基に全面再設計を行い、その適用性を評価した。
(2)ユーザー利用環境
高エネルギー実験は、大きな国際協力実験として行われることから、プログラムライブラリーの国際的な標準化とともに計算機を利用する際の利用者環境の整備も協調していくことが必要で、CERNが中心となって進められており、ほぼ定期的な会合をもって実施している。今年度も10月下旬に開かれ、大型計算機から分散環境への移行によて、利用者環境の整備が急務で、X端末の環境設備、分散ファイルシステムであるAFSとDFSの整備について調査した。KEKにおけるDFSのパフォーマンステストの結果を発表し、注目を集めた。

研究成果

• [文献書誌] Osamu Sasaki,Jeffry Andresen,Hector Gonzalez,Masaharu Nomachi,and Ed Barsotti: "TESTING OF THE HP G-LINK CHIP SET FOR AN EVENT BUILDER APPLICATION" IEEE Nucl.Sci.1994. (submitted).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Tairadate,Y.Nagasaka,O.Sasaki,and M.Nomachi,: "GLOBAL TRAFFIC CONTROL SYSTEM ON HIGH SPEED EVENT BUILDER USING TRANSPARENT SWITCHES" International Data Acquisition Conference,Fermilab,October 1994. (submitted).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Nomachi,Y.Nagasaka,O,Sasaki: "GLOBAL TRAFFIC CONTROL SYSTEM OF A SWITCHING NETWORK" submitted to International conference Real Time 95.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Nagasaka,M.Nomachi,O.Sasaki,A.Manabe: "STABILITY OF COHERENT DATA TRAFFIC IN A SWITCHING NETWORK" submitted to International conference Real Time 95.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Yasu,H.Fujii,M.Nomachi,H.Kodama,E.Inoue(KEK,Tsukuba)et al.: "VMEBUS BASED COMPUTER AND REAL TIME UNIX AS INFRASTRUCTURE OF DAQ." Proceedings of the Computing in High-Energy Physics '94,San Francisco,U.S.A.,Apr 21-27,Edited by S.C.Loken,. 437-439 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Nomachi,Y.Yasu,(KEK)R.Ball(U.Michigan)A.Fry,C.Erbas(SSCL),et al.: "UNIDAQ" Proceedings of the Computing in High-Energy Physics '94,San Francisco,U.S.A.,Apr 21-27,1994,Edited by S.C.Loken,. 114-116 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Amako.J.Kanzaki,T.Sasaki,Y.Takaiwa,Y.Nakagawa and T.Yamagata: ""Object-Oriented Analysis and Design of a GEANT Based Detector Simulator"" Proceedings of the Computing in High-Energy Physics '94,San Francisco,U.S.A.,Apr 21-27,1994,Edited by S.C.Loken,. 286-290 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Osamu Sasaki, Jeffry Andresen, Hector Gonzalez, Masaharu Nomachi, and Ed Barsotti: "TESTING OF THE HP G-LINK CHIP SET FOR AN EVENT BUILDER APPLICATION" IEEE Nucl.Sci.1994, submitted.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Tairadate, Y.Nagasaka, O.Sasaki, and M.Nomachi: "GLOBAL TRAFFIC CONTROL SYSTEM ON HIGH SPEED EVENT BUILDER USING TRANSPARENT SWITCHES" International Data Acquisition Conference, Fermilab, October 1994, submitted..
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Nagasaka, M.Nomachi, O.Sasaki, A.Manabe: "STABILITY OF COHERENT DATA TRAFFIC IN A SWITCHING NETWORK" submitted to International conference Real Time 95.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Yasu, H.Fujii, M.Nomachi, H.Kodama, E.Inoue (KEK,Tsukuba), Y.Tajima, Y.Takeuchi (Tokyo Inst.Tech.), Y.Shimizu (Mitsubishi Space Software, Kamakura): "VMEBUS BASED COMPUTER AND REAL TIME UNIX AS INFRASTRUCTURE OF DAQ." Proceedings of the Computing in High-Energy Physics '94, San Francisco, U.S.A., Apr 21-27, Edited by S.C.Loken, 21GE04 : 1994. 437-439
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Nomachi, Y.Yasu, (KEK) R.Ball (U.Michigan), A.Fry, C.Erbas (SSCL), Y.Takeuchi (Tokyo Institute of Technology), C.Timmermans (U.Minnesota): "UNIDAQ" Proceedings of the Computing in High-Energy Physics '94, San Francisco, U.S.A., Apr21-27,1994, Edited by S.C.Loken. 114-116 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Amako, J.Kanzaki, T.Sasaki, Y.Takaiwa, Y.Nakagawa and T.Yamagata: ""Object-Oriented Analysis and Design of a GEANT Based Detector Simulator"" Proceedings of the Computing in High Energy Physics '94, San Francisco, U.S.A,Apr21-27,1994, Edited by S.C.Loken. 286-290 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] O.Sasaki and J.Andersen: "Testing of Re-Lock Time of HP G-link Chip Set" 高エネルギー物理学研究所レポートKEK-93-145. 93-145. (1993)
• [文献書誌] O.Sasaki,M.Nomachi,et al.: "A VME Barrel Shifter System for Event Reconstruction from Up to 3 Gbps Signal" IEEE Transaction on Nuclear Sciences. NS-40. 603-606 (1993)
• [文献書誌] Y.Takeuchi,T.Tanimori,and Y.Yasu: "Development of Data Acquisition System using RISC/UNIX Workstation" Nuclear Instruments and Methods. A-328. 526-534 (1993)
• [文献書誌] Y.Yasu and Y.Tajima: "DAQ Performance of Real-time UNIX on New HP VME Board" 高エネルギー物理学研究所レポート(Internal). 93-11. (1993)
• [文献書誌] 安芳次、竹内康雄: "UNIXワークステーションによるリアルタイムデータ収集システムの開発" 日本物理学会誌. 48. 886-893 (1993)
• [文献書誌] 渡瀬芳行、藤井啓文: "高エネルギー物理実験とコンピューター" 日本物理学会誌. 49. 83-91 (1994)
• [文献書誌] Y.Takaiwa,K.Amako,J.Kanzaki: "Towards Object-Oriented GEANT:Prodi Gproject" International Conf.on Monte Carlo Simulation for HEP(MC93) Florida State Uniiv.Feb.1993. 329-338 (1994)
• [文献書誌] A.Fry and M.Nomachi: "UNIDAQ A Portable Data Acquisition System for SSC Detector R&D" International Conf.on Real-Time Computer Application(REAL-TIME93),Vancouver May,1993. 326-328 (1993)