Akcelerace algoritmu sledování částic v experimentu CBM
Loading...
Date
Authors
Roth, Michael
ORCID
Advisor
Referee
Mark
C
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract
Cílem této práce je prostudovat metody detekce a rekonstrukce trajektorií částic v experimentu CBM a problematiku akcelerace těchto metod na hardwarových platformách. V práci byly srovnány výhody a nevýhody rozšířených metod a pro další studium byla vybrána metoda rekonstrukce na bázi celulárních automatů a Kalmanových filtrů. Práce se podrobně zabývá zejména vývojem simulačního modelu, vhodného pro generování testovacích dat pro simulaci vybraného sledovacího algoritmu a vlastní rekonstrukční program, který byl následně paralelizován pomocí technologií distribuovaného počítání. Byly vytvořeny dva odlišné simulátory částic, jeden z nichž byl použit pro výpočet predikčního kroku Rozšířeného Kalmanova Filtru (EKF) a jeden pro generování testovacích dat pro vlastní rekonstrukční algoritmus. Pomocí správného rozdělení úkolů se podařilo distribuovaným algoritmem získat téměř osmisetprocentní zvýšení rychlosti a v některých případech i snížení paměťové náročnosti až o čtyři řády.
The focus of this work is to research various methods of particle track reconstruction in the CBM experiment, and the problem of hardware acceleration of these methods. The advantages and disadvantages of the extended methods were discussed and a reconstruction method based on cellular automata and Extended Kalman filters was selected for further study. In particular, the thesis details the development of a simulation model suitable for generating test data to facilitate the implementation of the selected tracking algorithm, which was subsequently sped up using distributed computing methods. Two different particle simulation models and a reconstruction algorithm were implemented, with the reconstruction algorithm offering up to 800 per cent speed up factor in respect to the sequential algorithm and up to four orders of magnitude lower memory complexity.
The focus of this work is to research various methods of particle track reconstruction in the CBM experiment, and the problem of hardware acceleration of these methods. The advantages and disadvantages of the extended methods were discussed and a reconstruction method based on cellular automata and Extended Kalman filters was selected for further study. In particular, the thesis details the development of a simulation model suitable for generating test data to facilitate the implementation of the selected tracking algorithm, which was subsequently sped up using distributed computing methods. Two different particle simulation models and a reconstruction algorithm were implemented, with the reconstruction algorithm offering up to 800 per cent speed up factor in respect to the sequential algorithm and up to four orders of magnitude lower memory complexity.
Description
Keywords
Experiment CBM, akcelerace na hardwarových platformách, Kalmanův Filtr, rozšířený Kalmanův filtr, celulární automaty, modelování a simulace, simulátor částic v magnetickém poli, částicová fyzika, kvark-gluonové plazma, kvantová chromodynamika, fyzika raného vesmíru, HEP experiment, distribuované počítání, CBM experiment, hardware acceleration, Kalman Filter, Extended Kalman Filter, Cellular automata, modelling and simulation, particle simulators in a magnetic field, High energy physics, quark-gluon plasma, quantum chromodynamics, physics of the early universe, HEP experiment, distributed computing
Citation
ROTH, M. Akcelerace algoritmu sledování částic v experimentu CBM [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Informační technologie
Comittee
prof. Dr. Ing. Jan Černocký (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Šátek, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Orság, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Bartík, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2023-06-15
Defence
Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm C.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení