Formation « ab-initio » des structures cosmiques

1. Formation « ab-initio » des structures cosmiques Le Projet STEP Jean-Michel ALIMI

2. Le Projet STEP • Pour quelle Science • Avec quels Moyens ? • Comment et avec qui y parvenir ? Jean-Michel ALIMI

3. Le Projet STEP Science:Contexte, Objectifs (principal et intermédiaires) Technologie: Logiciels, Architecture Logiciel Equipes:Constitution, Organisation, Besoins Politique / Produits: Moyens matériels et humains: Régionale-Nationale-Européenne Résultats Scientifiques Produits dérivés pédagogiques, OV (management des données) Jean-Michel ALIMI

4. Le Projet STEP: Science Objectif: En plein dans la compétition international 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: Jean-Michel ALIMI

5. Le Projet STEP: Science Objectif: Modèle de Formation de galaxies • 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. Jean-Michel ALIMI

6. Le Projet STEP: Science ModèleMulti-échelle, Multi-physique. • 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 LCDM, les conditions de fusions sont fortement modifiée…. • Zoom sur la formation d’une galaxie elliptique dans un scénario LCDM (A. Serna 2003, Code DEVA (AP3M-ASPH)) Jean-Michel ALIMI

7. Le Projet STEP: Science Objectifs: Résultats et produits intermédiaires: • Test de la nouvelle physique: Champ de Quintessence et Physique des hautes énergies EdS LCDM w=-1/3 w=-0.8 RP (a=11) Sugra (a=11) RP (a=11) Alimi, Fuzfa (PM) 2003 Jean-Michel ALIMI

8. Le Projet STEP: Science Objectifs: Résultats et produits intermédiaires: • 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. Poirier, Jablonka, Alimi 2003 (Tree-ASPH) Jean-Michel ALIMI

9. Le Projet STEP: Science Objectifs: Résultats et produits intermédiaires: • 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. Poirier, Jablonka, Alimi 2003 (Tree-ASPH) Jean-Michel ALIMI

10. Le Projet STEP: Science Objectifs: 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… • ... Jean-Michel ALIMI

11. Le Projet STEP: Technologie 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: 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: Code Lagrangien (AP3M + ASPH) • N-corps + Hydrodynamique + Formation des « étoiles » + Photo-ionisation • (MPI ’, CORBA ’) • TREEASPH: Code Lagrangien (Tree + ASPH) • N-corps + Hydrodynamique + Formation des « étoiles » + Chimie du milieu • galactique (SN, métaux…) Jean-Michel ALIMI

12. Le Projet STEP: Technologie 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) Jean-Michel ALIMI

13. Le Projet STEP: Technologie Architecture Logiciel 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. • Option Logiciel • Maître mot: Parallélisation • Sur les opérations: MPI • Sur les services: CORBA (Common Object Request Broker) • Option Matériel • Disposer d’un des supercalculateurs les plus puissants, voir de plusieurs. • Combiner les deux: CORBA Jean-Michel ALIMI

14. Le Projet STEP: Technologie Architecture Logiciel • 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 Jean-Michel ALIMI

15. Le Projet STEP: Technologie Architecture Logiciel • 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. Jean-Michel ALIMI

16. Le Projet STEP: Technologie Architecture Logiciel • 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)... Jean-Michel ALIMI

17. Le Projet STEP: Technologie Architecture Logiciel Alimi, Girou, Grasseau (2003) Première Application scientifique(en astrophysique) COSMO3D distribué, elle trouvera son aboutissement dansle cadre du projet européen DEISA. DEISA ? et au-delà les moyens distribués de calcul Jean-Michel ALIMI

18. Le Projet STEP: Technologie COSMO3D distribué Jean-Michel ALIMI

19. Le Projet STEP: Technologie COSMO3D Distribué Matière Baryonique Hydrodynamique (Euler-Lagrange) Matière Noire Gravitation (PM) Plasma Cosmologique Chimie (6 espèces, petits pas) Jean-Michel ALIMI

20. Le Projet STEP: Technologie Jean-Michel ALIMI

21. Le Projet STEP: Technologie 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 Jean-Michel ALIMI

22. Le Projet STEP: Equipes Constitution Acteurs principaux: 11 Chercheurs + 3 Post-Docs + 4 Ingénieurs + 3 thésitifs 7 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) Jean-Michel ALIMI

23. Le Projet STEP: Equipes Constitution 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) +... Jean-Michel ALIMI

24. Le Projet STEP: Equipes Organisation • 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 Jean-Michel ALIMI

25. Le Projet STEP: Equipes Besoins • Moyens Humains • Moyens Matériels • Moyens de Calculs Jean-Michel ALIMI

26. Le Projet STEP: Politique 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 - Européen MPOPM - IDRIS - DEISA Jean-Michel ALIMI

27. Le Projet STEP: Produits Produits dérivés • Science ! • Produits dérivés pédagogiques: • Etudiants (PPL, ENSTA), Grand Public • IIM, société Plage • Observatoire Virtuel: « management » des données Jean-Michel ALIMI

28. Formation « ab-initio » des structures cosmiques Le Projet STEP Jean-Michel ALIMI