Portable acceleration of CMS computing workflows with coprocessors as a service
本文研究 CMS 实验中以 SONIC 即服务方式将机器学习推理任务卸载到 GPU 等协处理器，证明可显著加速算法并提升整体工作流吞吐量，同时保持可移植性。
2024-09-06 cs.DC hep-ex physics.ins-det
Improving the CMS High Level Trigger tracking at the HL-LHC with novel and evolved heterogeneous algorithms
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文针对HL-LHC下CMS高电平触发径迹重建的计算挑战，提出结合mkFit、Patatrack和LST异构算法并利用机器学习技术，以提升性能并保持重建效率。
2026-09-23 hep-ex physics.ins-det
Heterogeneous reconstruction of tracks and primary vertices with the CMS pixel tracker
大型强子对撞机的高亮度升级将使加速器达到$7\times 10^{34} cm^{-2}s^{-1}$的瞬时亮度，平均堆积$200$质子-质子碰撞。这些条件将对实验开发的在线和离线重建软件提出前所未有的挑战。计算复杂性将远远超过传统CPU处理能力的预期增长，需要一种替代方法。工业和高性能计算（HPC）中心正在成功地使用异构计算平台，通过将每个作业与最合适的架构相匹配，实现更高的吞吐量和更高的能源效率。在本文中，我们将描述的异构实现的像素轨迹和顶点重建链的图形处理单元（GPU）的结果。该框架已被设计和开发的CMS重建软件，CMSSW集成。通过利用GPU实现的加速允许执行更复杂的算法，获得更好的物理输出和更高的吞吐量。
2020-08-31 physics.ins-det
Massively Parallel Computing at the Large Hadron Collider up to the HL-LHC
随着大型强子对撞机（LHC）在能量和亮度方面继续向计划中的2025年高亮度LHC（HL-LHC）发展，处理日益复杂事件的实验挑战也将继续增加。计算技术和算法的改进将是应对这一挑战所必需的进步的关键部分。并行计算技术，特别是那些使用大规模并行计算（MPC），有望成为这一努力的重要组成部分。在这些诉讼中，我们讨论了这些算法在一个特别重要的问题的特定背景下：带电粒子轨道的重建的触发算法在实验中，其中高的计算性能是至关重要的，在可用的时间内执行的轨道重建。我们讨论了一些领域，并行计算已经显示出好处的LHC实验，并演示了如何在CMS实验基于MPC的触发器不仅可以提高性能，而且还扩展了CMS触发器系统的范围，以捕获事件，目前不实际的重建在触发器级别。
2015-06-13 hep-ex physics.ins-det
CMS Data Processing Workflows during an Extended Cosmic Ray Run
CMS协作组在2008年10月至11月期间进行了为期一个月的数据采集练习，即四特斯拉宇宙运行，目的是调试实验以延长操作。在所有安装的探测器系统参与下，CMS记录了2.7亿次宇宙射线事件，螺线管的磁场强度为3.8 T。本文描述了从探测器通过各种在线和离线计算系统的数据流，以及用于记录数据、对准和校准探测器以及分析数据的工作流程。
2010-01-15 physics.ins-det
Development of the CMS detector for the CERN LHC Run 3
本文介绍了为CERN LHC Run 3配置的CMS探测器升级，涵盖硅像素径迹探测器、超导螺线管供电、量能器与缪子电子学、精密质子谱仪及触发计算系统的重大改进。
2024-05-30 hep-ex physics.ins-det
The CMS High Level Trigger: Commissioning and First Operation with LHC Beams
CMS实验将收集大型强子对撞机（LHC）提供的质子-质子碰撞的数据，质量中心能量高达14 TeV。CMS触发系统的设计是为了应对前所未有的亮度和LHC束流交叉率高达40 MHz。独特的CMS触发架构仅采用两个触发电平。1级触发器使用定制电子器件实现。高级触发器是在一个大型的商用处理器集群过滤器群上实现的。触发菜单已经开发用于探测器校准和CMS物理程序的实现，在启动LHC操作时，以及用于具有更高亮度的操作。为10^{32}cm{-2}s{-1}的早期瞬时亮度开发的一个完整的多用途触发菜单已经在HLT系统中在实际在线运行条件下进行了测试。所需的计算能力，需要处理没有死区时间的最大HLT输入速率为50 kHz，预期在启动时，已被测量，使用最新的商用处理器。过滤器农场已经配备了720个这样的处理器，提供的计算能力至少比启动时预期所需的大两倍。全面的触发和数据采集系统与宇宙μ子运行的调试结果的报告。触发器的性能与大型强子对撞机循环质子束，在2008年9月交付的操作过程中，概述和第一个结果显示。
2009-05-05 physics.ins-det
Reweighting simulated events using machine-learning techniques in the CMS experiment
本文提出用机器学习重加权方法，将CMS模拟样本映射到不同模型参数或不同模拟程序，避免重复探测器模拟，并展示其在顶夸克对产生中的应用，为高亮度LHC精确测量提供支撑。
2025-05-09 hep-ex physics.ins-det
Segment Linking: A Highly Parallelizable Track Reconstruction Algorithm for HL-LHC
大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度升级将产生多达200个同时发生的质子-质子相互作用的粒子碰撞。这些前所未有的条件将为带电粒子径迹重建创造一个组合复杂性，需要的计算成本预计将超过使用传统CPU的预计计算预算。受此启发，并考虑到异构计算在尖端的高性能计算中心的流行，我们提出了一种高效，快速和高度并行化的自下而上的方法来跟踪重建的HL-LHC，以及相关的GPU上的实现，在第2阶段CMS外部跟踪器的上下文中。我们的算法，称为段链接（或线段跟踪），利用本地化的轨道存根创建，结合个别存根，逐步形成更高层次的对象，受运动学和几何要求与真正的物理轨道兼容。该算法的本地特性使其非常适合单指令多数据模式下的并行化，因为可以同时构建数百个对象。该算法的计算和物理性能已经在NVIDIA Tesla V100 GPU上进行了测试，其效率和时间测量结果与现有CMS跟踪算法的最新多CPU版本相当。
2022-09-27 hep-ex physics.ins-det
Intensity Frontier Computing at Fermilab
费米实验室的强度前沿（IF）实验需要计算、软件、数据处理和基础设施开发，用于探测器和光束线设计，并从数据中提取最大的科学输出。多年来，费米实验室的计算重点一直放在Tevatron对撞机运行2实验和CMS上。利用从这些实验中获得的知识和经验以及新的计算发展，为IF实验进行计算的准备工作正在加紧进行。在IF计算中存在许多挑战。这些包括事件发生器和探测器模拟、束线模拟、探测器设计和优化、数据采集、数据处理、数据分析以及所需的所有相关服务。在本演示文稿中，将描述计算的挑战和要求，并将显示正在采取的方法来解决这些问题。
2013-10-11 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Impact of Detector Simulation in Particle Physics Collider Experiments
在过去的三十年里，粒子与物质相互作用的精确模拟和探测器几何形状的建模已被证明是国际高能物理（HEP）实验计划成功的关键。例如，在欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）的CMS和ATLAS粒子物理实验中，基于Geant 4的模拟软件的详细探测器建模和精确物理是这些合作的决定性因素，可以比以往任何强子对撞机实验更快地提供卓越质量的物理结果。这篇评论文章突出了粒子物理对撞机实验的探测器模拟的影响。它提出了许多使用模拟的例子，从探测器设计和优化，通过软件和计算开发和测试，在使用模拟样本的情况下，在物理结果的精度和出版周转，从数据采集到提交的差异。它还提出了成本和经济影响的模拟CMS实验的估计。未来的实验将使用越来越复杂的探测器收集更多数量级的数据，这对模拟和重建软件的性能造成了沉重的负担。因此，探索解决方案，以加快模拟和重建软件，以满足日益增长的需求，计算资源在一个时间的平面预算是一个值得立即关注的问题。文章最后简要讨论了正在考虑的潜在解决方案，这些解决方案基于利用多核机器中的核心数量增长，使用新一代协处理器，以及重新设计HEP代码以实现并发和并行计算。
2017-06-14 hep-ex physics.ins-det
CLUE: A Fast Parallel Clustering Algorithm for High Granularity Calorimeters in High Energy Physics
高粒度量热计的挑战之一，例如要构建以覆盖HL-LHC CMS Phase-2升级中的端盖区域的量热计，是当在重建阶段中聚集许多数字化能量沉积（命中）时，大量通道导致计算负载激增。在这篇文章中，我们提出了一个快速和完全并行化的基于密度的聚类算法，优化高占用率的情况下，集群的数量远远大于平均命中数在一个集群。该算法使用网格空间索引快速查询的邻居和它的时间尺度线性的范围内考虑的命中数。我们还展示了CPU和GPU实现的性能比较，展示了在即将到来的高能物理异构计算时代的算法并行化的力量。
2020-01-27 hep-ex physics.ins-det
Data processing and online reconstruction
在即将到来的运行3和4的升级中，LHC将显著增加Pb-Pb和pp相互作用速率。这伴随着所有实验的升级，ALICE，ATLAS，CMS和LHCb，与探测器和计算有关。在线处理场必须采用更快、更有效的重建算法来应对增加的数据速率，并且数据压缩因子必须增加以使数据适合永久存储的可负担的容量。由于不同的操作条件和目标，实验遵循不同的方法，但有几个共同的趋势，如更广泛的在线计算和采用硬件加速器。本文给出了一个概述和比较的数据处理方法和在线计算农场的LHC实验今天在运行2和即将到来的LHC运行3和4。
2018-11-28 physics.ins-det
Conceptual Design Report for the MATHUSLA Long-Lived Particle Detector near CMS
本报告介绍MATHUSLA长寿命粒子探测器概念设计，其位于CMS附近，利用大体积闪烁体跟踪和岩石屏蔽，探测HL-LHC主探测器灵敏度之外一至两个数量级的LLP信号，并展示高信号效率与极低本底。
2025-03-26 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Evolution of the energy efficiency of LHCb's real-time processing
升级后的LHCb探测器将于2022年开始数据采集，将必须实时处理4 TB/s的平均数据速率。由于LHCb的物理目标要求读出每个LHC束团交叉的完整探测器信息并可用于实时处理，因此这种带宽挑战相当于ATLAS和CMS HL-LHC软件读出的挑战，但可提前五年交付。在过去的六年里，LHCb合作对其软件基础设施、模式识别和选择算法进行了自下而上的重写，以使它们能够更有效地利用现代高度并行的计算架构。我们审查的影响，这种重新优化的实时处理软件和硬件，将用于升级的LHCb探测器的能源效率。我们还审查了决定采用由GPU和CPU组成的混合计算架构的LHCb的未来数据处理的实时部分的影响。我们讨论了这些结果的影响如何LHCb的实时功率要求可能会在未来的发展，特别是在计划的第二次升级的探测器的背景下。
2021-06-14 hep-ex physics.ins-det
Prototype performance studies of a Full Mesh ATCA-based General Purpose Data Processing Board
大型强子对撞机的高亮度条件对潜在的硅基轨道触发系统提出了许多独特的挑战。其中一个主要挑战是数据格式化，来自数千个硅模块的命中必须首先共享并组织到重叠的eta-phi触发塔中。节点之间的通信需要高带宽、低延迟和灵活的实时数据共享，全网状背板是一种自然的解决方案。定制的高级电信计算架构数据处理板的设计目标是创建一个可扩展的架构，具有丰富的灵活、无阻塞、高带宽板对板通信通道，同时保持设计尽可能简单。我们已经进行了第一次原型板测试，我们在设计原型系统的第一次尝试已被证明是成功的。利用我们通过设计、构建和测试原型板系统获得的经验，我们正处于下一代板的最后阶段，该板将用于ATLAS Level-2 Fast TracKer作为数据格式化程序，以及CMS Level-1跟踪触发器研发，用于早期技术演示。
2014-03-18 hep-ex physics.ins-det
Design, Construction, and Testing of the APOLLO ATCA Blades for Use at the HL-LHC
本研究介绍了用于HL-LHC的开源Apollo ATCA平台的架构组成，包括集成多种组件的服务模块与基于FPGA和高速光收发器的命令模块，目前该刀片已在多机构开展测试，可支撑CMS二期升级的径迹探测与触发相关应用。
2025-03-21 hep-ex physics.ins-det
Any Data, Any Time, Anywhere: Global Data Access for Science
数据访问是分布式高吞吐量计算（DHTC）驱动的科学的关键，DHTC是许多重大研究项目（如高能物理（HEP）实验）的关键技术。然而，当涉及许多独立的存储站点时，实现有效的数据访问变得相当困难，因为用户需要学习访问每个系统的复杂性并仔细跟踪数据位置。我们提出了一种替代方法：任何数据，任何时间，任何地方的基础设施。结合几个现有的软件产品，AAA提供了一个全球性的，统一的存储系统视图-一个“数据联合”，一个用于软件交付的全球文件系统，以及一个工作流管理系统。我们介绍了如何一个HEP实验，紧凑μ子螺线管（CMS），是利用AAA的基础设施和一些简单的性能指标。
2015-08-06 cs.DC hep-ex physics.comp-ph
Querying Large Physics Data Sets Over an Information Grid
优化使用Web（WWW）进行LHC数据分析是一个复杂的问题，并说明了全球分布的大量信息的集成和计算所带来的挑战。有时，找到正确的信息可能非常耗时，如果不是不可能的话。所谓的网格已经被提出来促进LHC计算，许多小组已经开始研究数据复制，数据迁移和网络哲学。其他方面，如网格的“中间件”的作用正在出现，需要研究。本文定位需要适当的中间件，使用户能够解决物理查询在海量数据集。它确定了元数据的查询解决的作用和信息网格的重要性，而不仅仅是计算或数据网格的高能物理分析。本文确定了正在实施的软件，在欧洲核子研究中心，使非常大的合作HEP数据集的查询，最初被用于建设CMS探测器。
2001-08-27 physics.comp-ph physics.ins-det
