面向 IceCube 背景刻画的大气簇射模拟并行化

IceCube 中微子天文台是位于地理南极的一立方公里级中微子望远镜。对于每个观测到的中微子事件，都有超过 $10^6$ 个由宇宙线大气簇射缪子引起的背景事件。为了正确地将信号与背景分离，有必要对这些大气簇射进行 Monte Carlo 模拟。尽管迄今为止 IceCube 已经产生了大量的背景模拟，但这些研究仍然受到统计量的限制。模拟的第一阶段需要大量的 CPU 算力，而第二阶段需要大量的 GPU 算力。在同一节点上处理这两个阶段会导致 GPU 利用率不足，而使用不同节点则会遇到带宽瓶颈。此外，由于宇宙线的幂律能谱，探测器响应的内存占用经常以不可预测的方式超过限制。本文提出了新的客户端-服务器代码，将第一阶段并行化到同一节点上的多个 CPU，然后将其传递给 GPU 进行光子传播。这使得 GPU 利用率超过 90%，内存使用更加可预测，并且与以前的技术相比整体速度提升了 20 倍。