Wissenschaftler beschleunigt CERNs HPC mit GPUs und KI

Anmerkung des Herausgebers: Dies ist Teil einer Reihe von Porträts von Forschern, die die Wissenschaft mit Hochleistungsrechnen voranbringen.

Maria Girone erweitert das weltweit größte Netzwerk wissenschaftlicher Computer mit beschleunigtem Rechnen und KI.

Seit 2002 ist der Ph.D. in Teilchenphysik hat an einem Netz von Systemen an 170 Standorten in mehr als 40 Ländern gearbeitet, die den Large Hadron Collider (LHC) des CERN unterstützen, der selbst vor einer umfassenden Modernisierung steht.

Eine Version des Riesenbeschleunigers mit hoher Leuchtkraft (HL-LHC) wird zehnmal mehr Protonenkollisionen erzeugen und dabei Exabytes an Daten pro Jahr erzeugen. Das ist eine Größenordnung mehr als im Jahr 2012, als zwei seiner Experimente das Higgs-Boson entdeckten, ein subatomares Teilchen, das das Verständnis der Wissenschaftler über das Universum bestätigte.

Girone liebte die Wissenschaft seit ihrer Kindheit in Süditalien.

„Im College wollte ich etwas über die fundamentalen Kräfte lernen, die das Universum regieren, also habe ich mich auf Physik konzentriert“, sagte sie. „Ich fühlte mich zum CERN hingezogen, weil dort Menschen aus verschiedenen Teilen der Welt mit einer gemeinsamen Leidenschaft für die Wissenschaft zusammenarbeiten.“

Die Europäische Organisation für Kernforschung liegt zwischen dem Genfersee und dem Jura und ist ein Knotenpunkt für mehr als 12.000 Physiker.

Sein 27 Kilometer langer Ring wird manchmal als die schnellste Rennstrecke der Welt bezeichnet, weil Protonen ihn mit 99,9999991 % der Lichtgeschwindigkeit umkreisen. Seine supraleitenden Magnete arbeiten nahe dem absoluten Nullpunkt und erzeugen Kollisionen, die kurzzeitig millionenfach heißer sind als die Sonne.

Im Jahr 2016 wurde Girone zum CTO von CERN openlab ernannt, einer Gruppe, die akademische und industrielle Forscher zusammenbringt, um Innovationen zu beschleunigen und zukünftige Herausforderungen im Computing anzugehen. Durch die Zusammenarbeit mit E4 Computer Engineering, einem in Italien ansässigen Spezialisten für HPC und KI, arbeitet das Unternehmen eng mit NVIDIA zusammen.

In einer ihrer ersten Aktionen organisierte Girone den ersten Workshop zum Thema KI im CERN Openlab.

Die Beteiligung der Industrie war stark und von der Technologie begeistert. In ihren Vorträgen erläuterten die Physiker die bevorstehenden Herausforderungen.

„Am Ende des Tages wurde uns klar, dass wir aus zwei unterschiedlichen Welten kamen, aber die Leute hörten einander zu und machten begeistert Vorschläge, was als nächstes zu tun wäre“, sagte sie.

Heute steigt die Zahl der Veröffentlichungen zur Anwendung von KI in der gesamten Datenverarbeitungskette in der Hochenergiephysik, berichtet Girone. Die Arbeit ziehe junge Forscher an, die Chancen sehen, komplexe Probleme mit KI zu lösen, sagte sie.

Mittlerweile portieren Forscher auch Physiksoftware auf GPU-Beschleuniger und nutzen bestehende KI-Programme, die auf GPUs laufen.

„Ohne die Unterstützung von NVIDIA, die mit unseren Forschern zusammenarbeitet, um Probleme zu lösen, Fragen zu beantworten und Artikel zu schreiben, wäre dies nicht so schnell passiert“, sagte sie. „Es war äußerst wichtig, bei NVIDIA Leute zu haben, die verstehen, wie sich die Wissenschaft parallel zur Technologie weiterentwickeln muss und wie wir die Beschleunigung mit GPUs nutzen können.“

Energieeffizienz ist eine weitere Priorität für Girones Team.

„Wir arbeiten an Experimenten zu einer Reihe von Projekten wie der Portierung auf Architekturen mit geringerem Stromverbrauch und freuen uns darauf, die nächste Generation von Prozessoren mit geringerem Stromverbrauch zu evaluieren“, sagte sie.

Zur Vorbereitung auf den HL-LHC sucht Girone, der im März zum Leiter des CERN Openlab ernannt wurde, nach neuen Wegen, um die Wissenschaft durch maschinelles Lernen und beschleunigtes Rechnen zu beschleunigen. Auch andere Werkzeuge sind am nahen und fernen Horizont.

Die Gruppe hat kürzlich eine Finanzierung für den Prototypen eines Motors zum Aufbau digitaler Zwillinge erhalten. Es wird Dienstleistungen für Physiker sowie Forscher in Bereichen von der Astronomie bis zur Umweltwissenschaft bereitstellen.

CERN startete außerdem eine Zusammenarbeit zwischen akademischen und industriellen Forschern im Bereich Quantencomputing. Die Technologie könnte die Wissenschaft voranbringen und auch zu besseren Quantensystemen führen.

In einem weiteren Akt der Gemeinschaftsbildung gehörte Girone zu den vier Mitbegründern einer Schweizer Sektion der Women in HPC-Gruppe. Es wird dazu beitragen, spezifische Maßnahmen zur Unterstützung von Frauen in jeder Phase ihrer Karriere zu definieren.

„Es liegt mir am Herzen, vielfältige Teams zu bilden, in denen jeder das Gefühl hat, seinen Beitrag zu leisten und dazuzugehören – es geht nicht nur um ein Ankreuzfeld über Zahlen, man möchte ein Gefühl der Zugehörigkeit verwirklichen“, sagte sie.

Girone gehörte zu Tausenden von Physikern, die etwas von diesem Geist einfingen, als das CERN die Entdeckung des Higgs-Bosons bekannt gab.

Sie erinnert sich, dass sie um 4 Uhr morgens aufgestanden ist, um sich im Hauptsaal für einen Platz anzustellen. Es konnte nicht alle Forscher und Gäste aufnehmen, die an diesem Tag ankamen, aber die Freude über das Erreichte begleitete sie und andere, die die Veranstaltung von einem nahegelegenen Saal aus verfolgten.

„Ich wusste, welchen Beitrag ich geleistet habe“, sagte sie. „Ich war stolz, zu den vielen Autoren der Zeitung zu gehören, und meine Eltern und meine Kinder waren auch stolz.“

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