美光的技术帮助欧洲核子研究中心解开了宇宙的秘密

大约140亿年前, 大爆炸创造了宇宙, 时间的存在, 像地球一样的太阳系, 和, 最终, 生活本身.

从那以后，宇宙一直在膨胀, 有了它, 人类对我们为什么存在以及宇宙大爆炸是如何发生的好奇. 这种渴望驱使银河系的顶尖物理学家们躲在高科技研究设施里，一次又一次地粉碎亚原子粒子. 他们希望通过测量由碰撞产生的更小的物质——所有物质的组成部分——将使他们对宇宙的新真理有一个初步的了解.

美光科技将在这一努力中发挥作用, 将其最先进的深度学习和记忆解决方案提供给热切追求下一个突破的物理学家.

这一合作可能有助于产生永远改变科学的结果.

合作的物理方面是欧洲核研究组织, 欧洲核子研究中心. 成立于1954年, 该实验室拥有世界上一半的粒子物理学家，最著名的是 大型强子对撞机 (LHC)，世界上最大的粒子加速器. 2012年，在大型强子对撞机上进行的实验证实了希格斯玻色子的存在. “上帝粒子”的发现(主流媒体这样称呼它), 尽管我们在欧洲核子研究中心的朋友们对这个词不太感兴趣)是科学界的一个里程碑式的事件，并为在20世纪60年代提出它存在的研究人员赢得了次年的诺贝尔物理学奖.

有机会为欧洲核子研究中心的研究做出贡献是非常令人兴奋的, 马克·胡尔说, 美光高级计算解决方案运营总监. 欧洲核子研究中心的实验产生了大量需要过滤、处理和存储的数据. 美光正在为几个实验提供硬件，这些实验将帮助欧洲核子研究中心解决他们的数据困境.

“欧洲核子研究中心在尝试应用新技术来帮助理解我们的宇宙方面处于领先地位,胡尔说。. “与欧洲核子研究中心的合作使我们能够在一个极其苛刻的环境中测试新技术.”

小碰撞

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机本身就是一个物理学奇迹. 简单来说, 大型强子对撞机通过一个巨大的磁管向彼此发射数百万个氢原子核，并记录下它们相互撞击时发生的情况. 这些碰撞创造了类似于大爆炸后的条件. 莫里吉奥Pierini, 欧洲核子研究中心的粒子物理学家解释说，这就好像你从银河系的一边以接近光速的速度发射1000亿个网球，从另一边发射1000亿个网球，看看当它们在中间碰撞时会发生什么.

下面是它的工作原理. 大型强子对撞机被安置在地下一个17英里长的环路中，穿过法国和瑞士边境. 氢原子被剥离电子，形成质子，送入加速器.

两个高能粒子束以相反的方向射出质子群, 由被液氦冷却到零下456华氏度的电磁铁推动. 超冷环境使磁体在超导状态下运行, 导电而不损失能量.

磁铁引导质子绕着17英里的环运动. 使用强无线电频率将质子加速到接近光速, 让它们绕着大型强子对撞机的圆环旋转,每秒000次. 粒子束在加速器上的四个碰撞点相交——LHC的四个主要粒子探测器的位置.

无线电频率还会使质子以12英寸长、1毫米宽的束状运动. 质子是如此之小，以至于大多数质子都能毫发无损地穿过碰撞点. 尽管如此，质子的绝对数量每秒产生高达10亿次碰撞.

这是每秒10亿次碰撞产生的数据，必须被捕获和处理.

处理这些数据需要巨大的计算能力. 很快，科学家们将通过增加光束强度来提高赌注，以增加正面碰撞的几率. 回来 to the tennis ball analogy; it’s as if you group the tennis balls closer together, 当两组相遇时，密集的球簇增加了头部碰撞的机会.

高亮度LHC, 这是欧洲核子研究中心升级后的加速器, 当它在2026年左右投入使用时，它的粒子束强度会增加五倍吗. 技术需求将是惊人的. 每次碰撞产生1兆字节的数据. 今天, 所有的大型强子对撞机实验每秒产生大约1拍字节的数据, 或者等于大于2,千年音乐.

“数据将变得更大、更拥挤、更复杂，”皮里尼说. “进行这种实时处理将是一个巨大的挑战.”

数据管道

在欧洲核子研究中心工作的科学家们正在寻找能够支持他们的实验计算和数据处理需求的前沿技术. 通过处理实验产生的大量数据，并帮助研究人员从这些数据中获得有价值的见解，记忆起着至关重要的作用.

这就是美光SB-852板的用武之地. 董事会, 由512g的顶级DDR4 DRAM和2g的混合内存立方体驱动, 正在被测试作为进一步机器学习能力的一种手段 紧凑型介子螺线管 (CMS)是LHC的四个主要实验之一. 美光基于神经网络功能的存储解决方案将在实验的数据采集系统中进行测试

用非技术术语来说，“这是一个非常极客的董事会，”hurr说. 的 某人——852板 提供位处理能力来消耗数据, 确定对科学家来说重要或有趣的东西, 然后把剩下的过滤掉.

“一旦发生碰撞，董事会就能获取大量数据, 然后，内部运行的机器学习将利用内存进行调用, “嘿, 这是我们以前从未见过的. 我们应该专注于此，’”他说.

深度学习

分析大型强子对撞机中的每一次碰撞是不可行的. 它们如此频繁和庞大，以至于数据记录系统会阻塞，Pierini说.

大多数碰撞产生更小的粒子，我们已经很清楚了. Pierini说，诀窍在于丢弃无用的数据. 为此，欧洲核子研究中心依赖于读取粒子轨迹并丢弃无趣数据的算法.

欧洲核子研究中心, 谁可能建立了世界上最精确的粒子碰撞预测模型, 应用神经网络来消化数据并过滤除一小部分外的所有数据. 直到现在, 欧洲核子研究中心依靠预测模型来预测他们期望发现的亚原子粒子的行为，并训练神经网络来发现预期的行为.

“这就像在图像中区分猫和狗一样, 神经网络在这方面很擅长,皮里尼说.

但是，一些最伟大的科学发现来自于意想不到的结果, 比如1964年探测到宇宙微波背景辐射是如何为大爆炸理论提供关键证据的. 欧洲核子研究中心的研究人员极力避免在剪辑室的地板上留下一些有趣的东西.

像这样, 欧洲核子研究中心的研究人员需要更先进的人工智能，能够从数据中挑选出不寻常的事件. 美光板可以在CMS实验中帮助实现这一点, 强调可能产生不可预见结果的奇怪数据.

“我们正在开发一种算法来学习标准模型, 通过推断，告诉我们一百万分之一的事件我们应该扔掉它，因为它是一个奇怪的事件,皮里尼说.

寻找幽灵粒子

另一种很有希望但又很神秘的粒子吸引着粒子物理学研究者:中微子, 哪个和电子相似, 然而, 它不带电荷, 几乎为零质量, 很少与正常物质发生反应, 使它们特别难以观察. 通过与欧洲核子研究中心的合作, 美光还参与了另一项探测中微子的大型实验. 这个实验将在美国进行, 费米国家加速器实验室(Fermilab).

被称为“鬼粒子”,尽管中微子数量最多，但它仍然是最小、最难以捉摸的已知粒子之一. 物理学家知道中微子的存在，但对它们的行为知之甚少. 中微子研究的突破可能会解决有关宇宙形成的一些最伟大的科学问题, 包括帮助解释大爆炸后物质是如何形成的.

简而言之，解开中微子的奥秘可能有助于解释我们为什么在这里.

中微子符合物理学家所说的标准模型, 哪一个描述了物质的基本组成部分. 然而，直到最近，人们才认为它们没有质量 获得诺贝尔奖的发现证明并非如此, 通过更好地了解幽灵粒子，还能解开哪些谜题.

对于物理学家来说，这是令人兴奋的.

“中微子是一种难以捉摸的奇特粒子，可能隐藏着秘密，”皮里尼说. “有一种直觉认为，中微子的质量必须来自一些新的物理学，因为, 否则, 这是无法真正解释的.”

欧洲核子研究中心是一个致力于创建有史以来最大的中微子探测项目的国际联盟的一部分, 称为深地下中微子实验, 或沙丘. 该实验将包括位于美国的两个中微子探测器.S.在南达科塔州的铅市. 在那里, 利用废弃金矿的竖井, 工作人员将挖掘800个,为了给一个容纳40多吨岩石的巨大房间腾出空间,000吨液态氩.

位于芝加哥外800英里的费米实验室的粒子发生器将发射一束中微子穿过地球到达探测室, 精确的技术将在哪里绘制出中微子穿过腔室的路径. 实验产生的图像将使人们对中微子的行为有更深入的了解. 这是一个巨大的合作，包括超过1,来自世界各地175个研究机构的000名研究人员, 与DUNE合作解开中微子之谜.

跟踪中微子

DUNE提出了与LHC实验不同的数据挑战. 然而，大型强子对撞机中的粒子碰撞产生了如此多的数据，需要对它们进行过滤, 中微子很少与物质相互作用, 这意味着在DUNE的洞穴室中探测到它们将变得更加罕见.

所面临的挑战, Pierini说, 压缩和存储由室的3D传感器阵列检测到的每个中微子产生的每一个字节的数据. 同样的美光SB-852板正在欧洲核子研究中心建造的这些腔室的原型中进行测试, 作为一种提供必要计算能力的手段. 他们的神经网络还将推断数据，以找出还可以收集到什么，并帮助识别衰变的中微子.

“(目标是)开发一种快速的数据处理算法，可能从区域开始，然后在全球范围内查看事件,皮里尼说.

去年南达科他州破土动工, 计划要求DUNE实验于2026年开始运行.

也许140亿年后，中微子的困境会消失.

理想的合作伙伴

与美光的合作是欧洲核子研究中心引以为豪的合作传统的一部分.

欧洲核子研究中心通过其 开放数据门户. 今天, 数据集中包含超过1pb的信息, 软件, 环境和科学文献可供研究人员在他们认为合适的情况下访问和使用. 欧洲核子研究中心通过建立自己的系统，使其数据能够尽可能广泛地扩散，显示了它对开源数据和软件的奉献精神.

带着同样的道德观, 欧洲核子研究中心通过一个名为“欧洲核子研究中心开放实验室”的公私平台，与其他顶尖的领域研究机构和技术公司合作.

除了美光, 欧洲核子研究中心开放实验室的合作者包括10家世界上最重要的技术公司和9家领先的研究机构.

“欧洲核子研究中心与公共和私营部门公开合作, 与美光这样的技术合作伙伴合作，有助于确保研究界的成员能够获得开展我们开创性工作所需的先进计算技术,玛丽亚·吉隆说, 首席技术官在 欧洲核子研究中心openlab.

与欧洲核子研究中心的合作反映了记忆在科学和更大的技术社区中的重要性日益增加, 户珥说.

“当我回首往事时，记忆总是事后才想到的. 服务器和处理器是最重要的因素，”Hur说. “现在，每个人都意识到服务器正在触及时钟速度墙. 现在，所有这些应用程序都成为内存决定因素.”