formation « ab-initio » des structures cosmiques

Jean-Michel ALIMI

Formation « ab-initio » des structures cosmiques

Le Projet STEPLe Projet STEP

Jean-Michel ALIMIJean-Michel ALIMI

Le Projet STEP

• Pour quelle Science Pour quelle Science

• Avec quels Moyens ?Avec quels Moyens ?

• Comment et avec qui y parvenir ?Comment et avec qui y parvenir ?


Le Projet STEP

Science:Science: Contexte, Objectifs (principal et intermédiaires)

Technologie: Technologie: Logiciels, Architecture Logiciel

Equipes:Equipes: Constitution, Organisation, Besoins

Politique / Produits: Politique / Produits: Moyens matériels et humains: Régionale-Nationale-Européenne

Résultats Scientifiques

Produits dérivés pédagogiques, OV (management des données)


Le Projet STEP: ScienceScience

Il s’agit de permettre à la communauté française d’élaborer, de poursuivre, le développement et la validation d ’un modèle réaliste, multi-échelle et multi-physique, de formation des galaxies:

Objectif: Objectif: En plein dans la compétition international



•Réaliste: Modélisation physique (« complète et rigoureuse »), qui consiste à réduire au minimum le nombre de paramètre libre. •Multi-échelle: Nature cosmologique de la formation des galaxies.•Multi-physique: Combinaison de processus physique variés.

Objectif: Objectif: Modèle de Formation de galaxiesModèle de Formation de galaxies



•Origine cosmologique d’une propriété interne aux galaxies elliptiques (âge de la population stellaire):… les galaxies elliptiques sont le résultat de (nombreuses) fusions de (petites) galaxies spirales. Ces fusions sont continuelles dans un scénario du type SCDM, et chaque fusion est susceptible d’entraîner une flambée de formation d’étoiles. Dans un tel scénario, la population d’étoiles au sein des galaxies elliptiques est, au contraire de ce qui apparaît dans les observations, distribuée en âge, et non pas fortement dominé par les étoiles vieilles. Au contraire dans un scénario CDM, les conditions de fusions sont fortement modifiée….

Zoom sur la formation d’une galaxie elliptique dans un scénario CDM (A. Serna 2003, Code DEVA (AP3M-ASPH))

ModèleModèle Multi-échelle, Multi-physique.Multi-échelle, Multi-physique.



•Test de la nouvelle physique: Champ de Quintessence et Physique des hautes énergies

RP (=11)

Alimi, Fuzfa (PM) 2003

EdS CDM =-1/3 =-0.8

Sugra (=11)

Objectifs: Résultats et produits intermédiaires:

RP (=11)


•L’influence sur le taux de refroidissement du gaz baryonique, de l’enrichissement en éléments lourds du gaz pré-galactique lors de la formation des premières étoiles et lors de l’explosion des supernovae.

Objectifs: Résultats et produits intermédiaires:


Poirier, Jablonka, Alimi 2003 (Tree-ASPH)


Le Projet STEP: ScienceScienceObjectifs: Résultats et produits intermédiaires:

•Origine -du biais cosmologique, -de la séquence de Hubble, -du fond UV de ré-ionization (premiers objets)...

•Génération et influence sur la formation et la structure des galaxies-du champ magnétique,-de la nature turbulente du milieu interstellaire...

•Le rôle -de la fragmentation des premiers nuages interstellaires crucial pour fixer les conditions de formation des galaxies,-des NAG lors de la formation des galaxies…

•...


Le Projet STEP: TechnologieTechnologie Logiciel et Architecture Logiciel

Réserver sur les codes publics (l ’expérience montre qu’ils sont souvent peu fiables sinon incorrectes), favoriser les codes « maisons ».

Moyens Logiciels:•PM (Vectoriel, OpenMP), Treecode (Scalaire, Parallèle MPI), AP3M (Vectoriel)

•COSMO3D:COSMO3D: Code Eulerien (PM + Hydro à Diff finies à op. alternés)N-corps + Hydrodynamique + Chimie hors équilibre + Processus d’équipartition thermique + Formation des « étoiles » + Photo-ionisation (Vectoriel, MPI, CORBA)

•DEVA:DEVA: Code Lagrangien (AP3M + ASPH)N-corps + Hydrodynamique + Formation des « étoiles » + Photo-ionisation (MPI ’, CORBA ’)

•TREEASPH: TREEASPH: Code Lagrangien (Tree + ASPH)N-corps + Hydrodynamique + Formation des « étoiles » + Chimie du milieu galactique (SN, métaux…)


Le Projet STEP: TechnologieTechnologie Logiciel

Notre effort de développement algorithmique est fait spécialement sur les codes particulaires et via CORBA sur les codes hybrides.

DEVA: Code Lagrangien (AP3M + ASPH)


Le Projet STEP: TechnologieTechnologie

Pour optimiser l’utilisation des moyens dont nous pouvons disposer, puisqu’il est maintenant banal de dire qu’une modélisation réaliste prenant en compte à la fois l’aspect multi-échelle et multi-physique de la formation des galaxies nécessite de la capacité mémoire et de la puissance de calcul, nous devons combiner nos efforts sur deux aspects.

Architecture Logiciel

Option LogicielMaître mot: Parallélisation

Sur les opérations: MPISur les services: CORBA (Common Object Request Broker)

Option MatérielDisposer d’un des supercalculateurs les plus puissants, voir de

plusieurs.

Combiner les deux: CORBA



Quelques mots sur CORBA

CORBA est une architecture logiciel de programmation Objet de type Client-serveur largement utilisé dans l’industrie.

Architecture Client-Serveur: Un serveur est un processus qui fournit un service (de calcul) ou des ressources, un client est un processus

qui fait appel à des services à distance




Les Notions essentielles

•IDL (Interface definition language): Ce fichier définit les objets CORBA qui constitueront un ensemble de méthodes accessibles à distance.

•La compilation du fichier IDL produit 2 « mappings »: Le STUB destiné au client et le SKELETON destiné au serveur.

•Deux composantes CORBA: ORB (Object Request Broker) et OA (Object Adapter); l’ORB est responsable de transmettre les requètes de services du client vers les objets et de retourner les résultats, l’OA est la composante qui délimite l’ORB avec l’implémentation des objets. l’OA active si nécessaire la cible associé à l’objet, lorsque qu’une requète d’un client est énoncée via l’ORB.

•Aprés l’initialisation de l’ORB et de l’OA, le pointeur universel appelé IOR (Interoperable Objet Reference) est généré; il contient toutes les informations pour localiser les objets implémentés (l’hostname du serveur, le numéro de port sur lequel l’ORB écoutera les requètes, la clé de l’objet qui identifie l’objet implémenté). L’IOA est écrit dans un fichier et est ensuite transmis au client.




Intérêt de la programmation CORBA:

•En ne travaillant essentiellement que sur les interfaces entre les modules physiques, elle respecte la modularité de la modélisation.

•Extensibilité ou Croissance des applications; chaque module est développé de façon indépendante, la substitution de modules plus performants, ajout de modules supplémentaires, …

•Echanges entre machines inhomogènes: Disposition de ressources adaptées (CORBA/MPI)...



Le Projet STEP: TechnologieTechnologieArchitecture Logiciel

Première Application scientifique (en astrophysique) COSMO3D distribué, elle trouvera son aboutissement

dans le cadre du projet européen DEISA.

DEISA ? et au-delà les moyens distribués de calcul

Alimi, Girou, Grasseau (2003)


Le Projet STEP: TechnologieTechnologieCOSMO3D distribué



Matière NoireGravitation

(PM)

Matière BaryoniqueHydrodynamique(Euler-Lagrange)

Plasma CosmologiqueChimie

(6 espèces, petits pas)

COSMO3D Distribué



Ce que l’on veut démontrer avec cette application.– La faisabilité d’une application CORBA– L’aspect performance– L’aspect modularité– L’aspect évolution des modèles– Le découpage des tâches de parallélisation sur les opérations

(MPI)– L’adaptabilité des services et de leur algorithmes associés aux

supercalculateurs...Perspectives

Elaboration de codes ambitieux et adaptés/adaptables

COSMO3D Distribué


Le Projet STEP: EquipesEquipesConstitution

Acteurs principaux: 11 Chercheurs + 3 Post-Docs + 4 Ingénieurs + 3 thésitifs7 Instituts+...3 Pays+...

Chercheurs: J.M. Alimi (Chercheur, LUTH, Meudon, France)

M.J. Cuesta-Bodao (Chercheur, UMH, Elche, Espagne)J.-C. Heudin (Chercheur, IIM, Paris, France)P. Jablonka (Chercheur, GEPI, Meudon, France)J. Kouneiher (Chercheur, LUTH, Meudon, France)D. Lambert (Chercheur, NAMUR, Belgique)A. Lemaître (Chercheur, NAMUR, Belgique) C. Megessier (Chercheur, LUTH, Meudon, France)J. Perez (Chercheur, ENSTA, Paris, France)A. Serna (Chercheur, UMH, Elche, Espagne)D. Valls-Gabaud (Chercheur, OMP, Toulouse (Hawai), France)


Le Projet STEP: EquipesEquipes

Post-Doc:A. Fuzfa (Post-Doc, LUTH/NAMUR, Meudon, France/Belgique)P. Hennebelle (Post-Doc, LERMA, Paris, France)S. Courty (Post-Doc, Reyjavik, Islande)

Ingénieurs numériciens:D. Girou (Ingénieur, IDRIS, Orsay, France)G. Grasseau (Ingénieur, IDRIS, Orsay, France)A. Marchand (Ingénieur, DIO, Meudon, France)S. Mené (Ingénieur, LUTH, Meudon, France)

Thésitifs: J. Larena (Thésitif, LUTH, Meudon, France)F. Roy (Thésitif, ENSTA, Paris, France)J.-C. Torel (Thésitif, IIM/LUTH, Paris, France) +...

Constitution


Le Projet STEP: EquipesEquipes

Groupes de Travail, Forum ouvert (Opération du CS de l’Obs de Meudon)Rapports aux établissements fondateurs.Science:

•Cosmologie - Physique fondamentale : (A. Fuzfa + J. Perez)•Hydrodynamique: (A. Serna)•Physique du refroidissement et processus de chauffage - Physique du milieu interstellaire : (P. Jablonka)•Transf. de Rayon. - Champ magnétique - Turbulence : (DVG + C. Megessier)•Cosmologie observationnelle - Biais - Galaxies à haut-redshift: S. Courty

Technologie (Algorithmique, Architecture logiciel, Maths Appliquées):•N-corps: J. Perez + A. Serna•Hydrodynamique:A. Serna + M.J. Cuesta Bodao•Physique Radiative et Autres physiques: DVG + C. Megessier•Visualisation: J.-C. Heudin•Management des données: J. Kouneiher•Parallèlisation (MPI): A. Marchand•Parallélisation (CORBA): D. Girou + G. Grasseau

Organisation


Le Projet STEP: EquipesEquipesBesoins

•Moyens Humains

•Moyens Matériels

•Moyens de Calculs


Le Projet STEP: PolitiquePolitique

Un projet ambitieux doit être supporté par plusieurs laboratoires et plusieurs instituts ou établissements, mais

cependant un laboratoire et un établissement doivent jouer un rôle leader.

(Construction semblable au projet MPOPM) (LUTH/Observatoire de Paris-Meudon)

Accès aux moyens de calculs fixe également les perspectives du projet.

Régionale - Nationale - EuropéenMPOPM - IDRIS - DEISA


Le Projet STEP: ProduitsProduitsProduits dérivés

•Science !

•Produits dérivés pédagogiques: •Etudiants (PPL, ENSTA), Grand Public•IIM, société Plage

•Observatoire Virtuel: « management » des données

Jean-Michel ALIMI

Formation « ab-initio » des structures cosmiques

Le Projet STEPLe Projet STEP

formation « ab-initio » des structures cosmiques

Documents