Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)8578ArticlesСтатьиResearch ArticleVectorization and Parallelization of Algorithms for Selection and Reconstruction of J/ψ → e +e - Decaysin Real Time of the CBM ExperimentВекторизация и распараллеливание алгоритмов селекции и реконструкции распадов J/ψ → e +e - в реальном времени эксперимента СВМDerenovskayaO YuДереновскаяОльга ЮрьевнаLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийodenisova@jinr.ruIvanovV VИвановВиктор ВладимировичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийivanov@jinr.ruJoint Institute for Nuclear ResearchОбъединённый институт ядерных исследований150420144NO4 (2014)№4 (2014)506708092016Copyright ©; 2014, Дереновская О.Ю., Иванов В.В.2014Дереновская О.Ю., Иванов В.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8578The measurements of J/ψ decays is one of the key goals of the CBM experiment. The technique of J/ψ registration in its dielectron channel has been developed, which includes a chain of methods of trajectories and momentum reconstruction of charged particles with STS, electron/positron identification with RICH, TRD and TOF, as well as construction of the J/ψ-candidates and their characteristics using the KFParticle package. Taking into account that selection and reconstruction decays of J/ψ → e +e - are planned to be carried out in real time of the CBM experiment, the used methods and algorithms should be not only effective but also fast. In this paper the time-consuming estimation of the existing algorithms based on their acceleration via code vectorization by means of SIMD instructions and parallelization between the processor cores that are implemented using OpenMP, OpenCL software environments and TBB library has been carried out. This analysis allowed to establish weak points in this chain, which are under investigation, as well as offer a fast and efficient parallel algorithm for the identification of the charged particles with TRD based on the ωn k criterion.Измерения распадов J/ψ → e +e - относятся к ключевой задаче эксперимента СВМ. Для их регистрации разработана методика, которая включает в себя цепочку методов и алгоритмов, предназначенных для реконструкции траекторий и импульсов заряженных частиц с помощью детектора STS, их идентификации с помощью детекторов RICH, TRD и TOF, формирования кандидатов в J/Ψ-мезоны и определения их характеристик с помощью пакета KFParticle. Принимая во внимание тот факт, что отбор и реконструкцию распадов J/ψ → e +e - планируется проводить в реальном времени эксперимента, используемые методы и алгоритмы должны быть не только эффективными, но и быстрыми. В настоящей работе проведена оценка временных затрат существующих алгоритмов с учётом их ускорения за счёт векторизации программного кода посредством SIMDинструкций и распараллеливания между ядрами процессора, реализованное с помощью программных сред OpenMP, OpenCL и библиотеки TBB. Проведённый анализ позволил установить «слабые» места в этой цепочке, над которыми предстоит дальнейшая работа по их ускорению, а также предложить быстрый и эффективный параллельный алгоритм для идентификации заряженных частиц с помощью детектора TRD на основе критерия ωn k .multivariate analysisCBM experimentselection of J/ψ → e e decaysparallel computationSIMD instructionsмногомерные методы анализа данныхэксперимент СВМотбор распадов J/ψ → e eпараллельные вычисленияSIMD-инструкции1.Matsui T., Satz H. J/ψ Suppression by Quark-Gluon Plasma Formation // Physics Letters B. - 1986. - Vol. 178, No 14. - Pp. 416-422.2.Alessandro B. et al. A New Measurement of J/ψ Suppression in Pb-Pb Collisions at 158-GeV per Nucleon // European Physical Journal C. - 2005. - Vol. 39, No 3. - Pp. 335-345.3.Leitch M. RHIC Results on J/ψ // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. - 2007. - Vol. 34, No 8. - Pp. 453-462.4.The CBM Collaboration. CBM Compressed Baryonic Matter Experiment. Technical Status Report: Techrep / GSI. - Darmstadt, 2005. - http://www.gsi. de/onTEAM/dokumente/public/DOC-2005-Feb-447e.html.5.The CBM Collaboration // Nuclear Physics A. - 2013. - Vol. 904-905. - Pp. 1059-1062.6.The CBM Physics Book: Compressed Baryonic Matter in Laboratory Experiments / B. Friman, C. Hohne, J. Knoll et al. // Lecture Notes in Physics. - 2011. - Vol. 814.7.Дереновская О.Ю., Васильев Ю.О. Реконструкция J/ψ в диэлектронном канале распада при энергиях SIS100 в эксперименте СВМ // Письма в ЭЧАЯ. - 2013. - Т. 10, № 5 (182). - С. 694-705.8.Gorbunov S., Kisel I. Reconstruction of Decayed Particles Based on the Kalman Filter // CBM-SOFT-note-2007-003. - 2007.9.IA-32 Intel Architecture Optimization Reference Manual. - 2005.10.OpenMP. - http://openmp.org.11.OpenCL. - http://www.khronos.org/opencl.12.Threading Building Blocks. - http://threadingbuildingblocks.org.13.Intel Hyper-Threading Technology, Technical User’s Guide. - 2003.14.Белевенцев А., Кувырков М., Мельник Д. Использование параллелизма на уровне команд в компиляторе для Intel Itanium // Труды ИСП РАН. - 2006. - Т. 9. - С. 9-22.15.Silicon Tracking System(STS). Technical Design Report for the CBM: Techrep / GSI. - Darmstadt, 2012. - http://repository.gsi.de/record/54798.16.Анализ эффективности и производительности алгоритма распознавания треков в STS-детекторе эксперимента СВМ на многоядерном сервере ЛИТ ОИЯИ / И. С. Кулаков, С. А. Багинян, В. В. Иванов, П. И. Кисель // Письма в ЭЧАЯ. - 2013. - Т. 10, № 2 (179). - С. 253-267.17.Fast SIMDized Kalman Filter Based Track Fit / S. Gorbunov, U. Kebschull,I. Kisel et al. // Computer Physics Communications. - 2008. - Vol. 178. - Pp. 374-383.18.Метод фильтра Калмана для реконструкции траекторий заряженных частиц в эксперименте CBM и его параллельная реализация на многоядерном сервере ЛИТ ОИЯИ / Т. О. Аблязимов, М. В. Зызак, В. В. Иванов, П. И. Кисель // Вестник РУДН. Серия «Математика. Информатика. Физика». - 2014. - № 2. - С. 191-196.19.NVidia GTX 480. - http://de.geforce.com/hardware/desktop-gpus/ geforce-gtx-480/architectur.20.Ring Imaging Cherenkov (RICH) Detector. Technical Design Report for the CBM: Techrep / GSI. - Darmstadt, 2013. - http://repository.gsi.de/record/ 65526.21.Лебедев С.А. Математическое обеспечение для реконструкции колец черенковского излучения и идентификации электронов в RICH детекторе эксперимента СВМ: Автореф. дис.. канд. физ.-мат. наук. - Дубна: ОИЯИ, 2011. - 10-2011-14.22.Дереновская О.Ю., Иванов В.В. Реконструкция и отбор распадов J/ψ → e e , регистрируемых установкой СВМ в AuAu-соударениях при энергии пучка 25 ГэВ/нуклон // Письма в ЭЧАЯ. - 2014. - Т. 11, № 4 (188). - С. 862-885.23.Track Reconstruction Algorithms for the CBM Experiment at FAIR / A. Lebedev, C. Hohne, I. Kisel, G. Ososkov // Journal of Physics: Conference Series. - 2010. - Vol. 219. - Pp. 32-48.24.Акишина Т. П. Особенности применения критерия к задаче идентификации электронов с помощью детектора переходного излучения в эксперименте СВМ // Письма в ЭЧАЯ. - 2012. - Т. 9, № 3 (173). - С. 440-462.25.Deppner I. et al. The CBM Time-of-Flight Wall // Nuclear Instruments and Methods. - 2012. - Pp. 121-124.26.Дереновская О. Ю., Васильев Ю. О. Критерии отбора распадов J/ψ → e e , регистрируемых установкой СВМ в AuAu-соударениях при энергии 25 ГэВ/нуклон // Письма в ЭЧАЯ. - 2014. - Т. 11, № 1 (185). - С. 63-73.27.Kisel I., Kulakov I., Zyzak M. Standalone First Level Event Selection Package for the CBM Experiment // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2013. - Vol. 60, No 5. - Pp. 3703-3708.