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Le défi informatique du LHC

Dossier - LHC : une clé pour le futur !
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Le Large Hadron Collider, ou LHC, est un instrument composé de collisionneurs et d'accélérateurs de particules. Ses expériences ont pour but d'améliorer notre connaissance de l'histoire de l'univers.

  
DossiersLHC : une clé pour le futur !
 

Le LHC est la machine de tous les records lorsque l'on examine aussi la puissance informatique que les physiciens et les ingénieurs doivent utiliser pour faire parler la nature. 

Une grappe de PC sous Linux au LHC. © Cern

Atlas, l'étonnante puissance de calcul

Prenons simplement le cas du détecteur Atlas et regardons sa production en événements par seconde et sur une année (deuxième et troisième colonnes en partant de gauche dans le tableau ci-dessous) pour différents types de réactions possibles. On voit tout de suite que les processus exotiques, comme la production des particules supersymétriques ou de minitrous noirs sont vraiment rares, même le Higgs ne devrait être produit qu'à un taux de 0,04 par seconde. Comme on l'a vu précédemment, il faut produire une grande quantité de particules et déterminer les caractéristiques d'une large portion d'entre elles pour ensuite partir à la chasse des processus inconnus jusqu'ici des physiciens.

Production en événements par seconde et sur une année du détecteur Atlas. © Cern

Si l'on cherche à se faire une idée du volume d'informations que les analyses des collisions dans les détecteurs du LHC représentent, on tombe là encore sur des chiffres vertigineux. Ainsi, si l'on cherche à faire des comparaisons, en voici quelques-unes ci-dessous.

  • 1 mégaoctet (1Mo) : l'information contenue dans une photo digitalisée
  • 1 gigaoctet (1Go) = 1.000 Mo : un film en DVD
  • 1 téraoctet (1To) = 1.000 Go : la production annuelle de livres 
  • 1 pétaoctet (1Po) = 1.000 To : 10 % de la production annuelle de données par les expériences du LHC, lequel devrait fonctionner une quinzaine d'années 
  • 1 exaoctet (1Eo) = 1.000 Po : la production annuelle d'informations par l'humanité.

Au total, si l'on considère les quatre expériences principales du LHC : 

  • Atlas produira 320 Mo/s ;
  • CMS produira 220 Mo/s ;
  • LHCb produira 50 Mo/s ;
  • Alice produira 100 Mo/s.

Elles produiront donc 15 pétaoctets chaque année, l'équivalent d'une pile de CD haute de 20 km.

Le fonctionnement du LHC nécessite une énorme puissance de calcul. L'équivalent de 100.000 processeurs des PC actuels est requis. © Cern

Si toutes les informations mesurées par le détecteur Atlas étaient enregistrées, cela représenterait l'équivalent de 100.000 CD/s ou encore 50 milliards de coups de téléphone par seconde. Sur une année, on pourrait  empiler tellement de CD que l'on obtiendrait deux fois la distance Terre-Lune aller-retour.

La grille du LHC

Les ordinateurs du Cern n'ont évidement ni la puissance de traitement ni le volume de stockage nécessaires et c'est pour cela qu'une grille de calcul rassemblant des dizaines de milliers d'ordinateurs du monde entier a été créée.

Vues du centre de calcul du Cern où se trouve la ferme de PC et une partie de la grille. © Cern

La grille du LHC (LHC Computing Grid) a servi de point de départ pour développer ce qui est connu aujourd'hui sous le nom de Enabling grids for e-science ou Egee. Grâce à cela, les chercheurs en bio-informatique peuvent bénéficier d'une puissance de calcul considérable pour comprendre le génome et même le cerveau humain. On peut s'en servir pour étudier rapidement l'impact de certaines molécules médicamenteuses, ou encore les séismes.

Une carte du réseau d'ordinateurs de la grille connectés pour étudier 300.000 médicaments possibles pour lutter contre la grippe aviaire. © Cern

C'est ainsi qu'en 2006, en seulement un mois, 300.000 médicaments potentiels pour le traitement du virus de la grippe aviaire H5N1 ont pu être testés par des laboratoires asiatiques et européens.

Les trois infinis de l'univers. L'infiniment grand et l'infiniment petit se rejoignent pour tisser l'infiniment complexe des molécules biologiques. Le LHC est une clé pour explorer simultanément ces trois dimensions du cosmos. © Jon Lomberg