SKA France The French community towards the Square Kilometre Array - Chiara Ferrari - Maison SKA France
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SKA France The French community towards the Square Kilometre Array Chiara Ferrari Astronome (OCA) SKA France Coordinator
Timeline of the SKA project
2010 2012 2015 2016 2018 2019
Creation of the Beginning of
CDR closed
Project Office negotiations for IGO
IGO entry into
European Strategy Forum
ESFRI
force
on Research Infrastructures
STRATEGY REPORT
ON RESEARCH
INFRASTRUCTURES
Strategy Report
on Research Infrastructures
Roadmap 2010
Construction
approval
ROADMAP 2016
ESFRI Project ESFRI Landmark
SKA France Day 2017 2
Timeline of the SKA project
2009 2010 2011 2012 2015 2016 2017 2018 2019
Revision of French roadmap
AS SKA-LOFAR
EMBRACE
Prospective
Institut National des Sciences de l’Univers
ch
Prospective
B U T : Fr e n
ra w al P0 for France
w i th d
h e S K A joining SKAO
fro m t
Astronomie et Astrophysique
2015-2020
Synthèse et Résumés éxécutifs
NenuFAR
LOFAR
SKA France Day 2017 3
The SKA France coordination
Traitements*des*données
Visualisation des données
Partage des données
SKA: le plus grand défi “Big Data” en astronomie
Chiara Ferrari et Gabriel Marquette - Coordination SKA-France
Un radiotélescope géant et un projet international majeur
• Square Kilometre Array (SKA): l’un des projets majeurs de l’astronomie au sol au niveau mondial →
Depuis 2016 dans la catégorie Landscape de la Roadmap ESFRI
• Réseau interférométrique qui couvrira les bandes radio astronomiques métriques à centimétriques avec
une surface collectrice de 1 km2
• Première phase de son déploiement: SKA1 (environ 10% du réseau final) prévue à l'horizon 2020+
• SKA1 sera construit sur deux sites: SKA1-LOW (50-350 MHz) en Australie et SKA1-MID (350 MHz-15
GHz) en Afrique du Sud → Deux télescopes pour un observatoire
• La bande de fréquences de SKA et sa surface collectrice en font un radiotélescope exceptionnel →
Moyen unique pour cartographier les différentes phases de l’histoire de l’Univers, des premières sources
lumineuses aux systèmes d’astres évolués que nous observons aujourd’hui
• Projet international : 10 pays membres aujourd’hui et 7 pays observateurs, dont la France → SKA sera
piloté par une Organisation Inter-Gouvernementale (IGO) en cours de montage
Vision d’artiste des antennes de SKA1-LOW (gauche) SKA1-MID (droite) – Crédit : SKA Organisation
Un défi technologique particulièrement stimulant pour un très large sous-ensemble
des technologies de l’information haute performance
• Signaux électriques captés par des milliers d’antennes localisées dans les déserts australien et sud-
africain et transportés jusqu’aux super-ordinateurs installés à des centaines de kilomètre de distance
(Perth et Cape Town) → débits de plusieurs Tbit/s
• Ces données brutes deviendront des images 4D (position, temps, fréquence) du ciel à travers une chaine
algorithmique complexe → puissance de calcul de plusieurs centaines de Pflops
• Les produits prêts pour l’analyse scientifque seront mises à disposition de la communauté astronomique
→ taux de croissance de l’archive SKA de 50 à 300 Pbytes/an
• Le travail de préparation à l'échelle mondiale s’articule autour de groupes de travail scientifiques et
technologiques
• Dans cette phase de préparation, un rôle fondamental est joué par les différents précurseurs
internationaux de SKA, comme les réseaux d’antennes LOFAR en Europe, ASKAP et MWA en Australie,
MeerKAT en Afrique du Sud
• Un immense et passionnant « chantier de recherche » → perspective d’innovation et de sauts
Seminars
technologiques considérable pour le monde industriel dont on attend en particulier des retombées
importantes dans de nombreux domaines faisant appel aux technologies massives de l'information
Informations techniques principales pour SKA1-LOW (gauche) et SKA1-MID (droite) – Crédit : SKAO
Une forte mobilisation de la communauté française
• La France est impliquée de manière significative dans le projet SKA depuis ses études préparatoires (FP6)
• Montée en puissance de la participation française dans SKA: mise en place de l’Action Spécifique SKA-
LOFAR en 2010 et de la coordination SKA-France en 2016 (CNRS/INSU, Observatoires de Paris et de la
Côte d’Azur, l’Universités de Bordeaux et d'Orléans)
• SKA-France: Coordination nationale des activités scientifiques, techniques et industrielles → Objectif:
construire la solution SKA France pour permettre aux équipes scientifiques et aux porteurs de projet
industriels d’occuper les positions de leader auxquels ils peuvent dans SKA
• Ateliers technologiques « SKA-France : HPC & Traitement du Signal » : participation des entreprises
majeures du secteur, implantées en France et de plusieurs organismes de recherche → co-design pour
optimisation du traitement du signal: construire un groupe français qui guide les développements
algorithmiques pour les données d’interférométrie radio (CNRS/INSU & CEA) en collaboration étroite avec les
constructeurs (industriels) et la recherche informatique (INRIA)
Participants au dernier atelier « SKA-France : HPC / Big Data » (9 septembre 2016, Paris)
SKA constitue aujourd’hui le Graal scientifique pour la communauté astronomique mondiale et deviendra une réalité dès lors que les défis fantastiques Big Data et HPC - production de
données équivalente au trafic internet mondial d’aujourd’hui - ainsi qu’énergétique, auront été relevés avec succès.
C’est dans cette perspective que les communautés scientifique et industrielle françaises se sont mobilisées pour prendre la place à laquelle ils prétendent légitimement dans le projet. SKA.
SKA ne pourra atteindre le degré d’excellence et de performances visées sans les contributions françaises, jugées au niveau mondial comme indispensables pour relever les défis
scientifiques, numériques et énergétiques.
UMR$7293$Laboratoire$Lagrange$&$CNRS/INSU$–$Bd.$de$l’Observatoire$06304$Nice$&$3$rue$MichelHAnge$75016$Paris$
chiara.ferrari@oca.eu$&$gabriel.marqueQe@cnrsHdir.fr$pour$la$CoordinaSon$SKAHFrance$
Workshops Web page Big events
Monthly bulletins
SKA France Day 2017 4
The French SKA White Book
176 authors from
French SKA White Book
The French community towards the Square Kilometre Array
40 French research institutes
Editor in Chief:
6 private companies
C. Ferrari
Editors:
G. Lagache, J.-M. Martin, B. Semelin — Cosmology and Extra-galactic astronomy
M. Alves, K. Ferrière, M.-A. Miville-Deschenes, L. Montier — Galactic Astronomy
E. Josselin, N. Vilmer, P. Zarka — Planets, Sun, Stars and Civilizations
S. Corbel, S. Vergani — Transient Universe
S. Lambert, G. Theureau — Fundamental Physics
S. Bosse, A. Ferrari, S. Gau↵re — Technological Developments
G. Marquette — Industrial Perspectives and Solutions
SKA France Day 2017 5
A wider and wider community and strong
interdisciplinary incentives
Planck
ASKAP (AUS) MeerKAT (SA) All SKA Science Working Groups have French
participants (55 researchers today - F. Combes
co-chair of one SWG)
Sixteen French researchers (co-)authors of more
JVLA (US) GMRT (IN) than 30 out of the 135 chapters of the SKA
Science Book (published in 2015)
LOFAR (EU)
NenuFAR (FR)
VLBI
SKA France Day 2017 6
A wider and wider community and strong
interdisciplinary incentives
Planck
Euclid ELT LSST JWST The richest synergy chapter ever
published about SKA vs. other projects,
including:
instruments covering the whole
electromagnetic spectrum
4MOST DESI Athena CTA
gravitational wave detectors
Strong French implication in
interoperability frameworks & design
studies
LIGO & Virgo Post-Planck ALMA SVOM
A wide variety of technical challenges
A scientific project with a big expected
impact on society
SKA France Day 2017 7
Changing our understanding of the
Universe with the SKA
Planck
SKA France Day 2017 8
Changing our understanding of the
Universe with the SKA
SKA France Day 2017 9
Changing our understanding of the
Universe with the SKA
Cosmic dawn &
Epoch of Reionisation
Courtesy: Loeb
Courtesy: Semelin
e ’s ta lk
a ch
G. Lag
SKA France Day 2017 10Changing our understanding
of the Universe with the SKA
Star formation rate
i ’s ta lk
E. Dadd
Duc & Renaud
Galaxy evolution
With current telescopes:
galaxies between 12 billiards years
after the Big Bang and today (13.8
billiards years after Big Bang)
With SKA1:
between 7.5 billiards years after the
SKA
BigFrance
BangDay
and2017
today 11Changing our understanding
of the Universe with the SKA
Courtesy: Gendler
Cosmic magnetism
SKA France Day 2017 12Changing our understanding
of the Universe with the SKA
Courtesy: Gendler
Cosmic magnetism
. Mi vi lle-
M.-A s ’ t a lk
en e
Desch
SKA France
Courtesy: Day 2017
Miville-Deschenes 12Changing our understanding
of the Universe with the SKA
Fundamental physics
SKA France Day 2017 13Changing
Pulsars and the SKA
our understanding Michael Kramer
of the Universe with the SKA
1
Kramer & Stappers
1
3+79%&'/S)-&6'
0.9 All pulsars R*%*FAF'F&5-+&'.*B5&-*+' 0.9 All pulsars
Millisecond Pulsars (P.!'(#%)*+' 0.6
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0.5 0.5
/#$>?@@5)'A675B'
0.4 :;"+76&+'Changing our understanding
of the Universe with the SKA
Courtesy: Vazza
Cosmic dawn &
Epoch of Reionisation
Cosmology
Courtesy: Calçada
Galaxy evolution
Vazza et al. 15
Cosmic magnetism
Fundamental physics
Transient sky
Cradle of life
Courtesy: Zarka
SKA France Day 2017 14Why with the SKA? >15 GHz
Today with JVLA Tomorrow with SKA1 Dishes
MID Frequency Aperture Arrays
LOW Frequency Aperture Arrays 50 MHzBuilding this fantastic machine:
technological
Design Consortiadevelopments in France
SKA France Day 2017 16Building this fantastic machine:
technological developments in France
re ’s t a lk
S. Gauf f
SKA1-MID
Design Consortia
~2 Pb/s
SKA1-LOW
a ’s t a lk
P. Zark
SKA France Day 2017 17Building this fantastic machine:
technological developments in France
50 PFLOPS
8.8 Tb/s
SKA1-MID
7.2 Tb/s
~2 Pb/s
SKA1-LOW
SKA France Day 2017 17Building this fantastic machine:
technological developments in France
50 PFLOPS
8.8 Tb/s
Design Consortia
SKA1-MID
7.2 Tb/s
~2 Pb/s
SKA1-LOW
SKA France Day 2017 17Building this fantastic machine:
technological developments in France
50 PFLOPS
8.8 Tb/s
SKA1-MID 5 Tb/s
7.2 Tb/s
100 PFLOPS
Design Consortia
~2 Pb/s
SKA1-LOW
SKA France Day 2017 17SKA France Day 2017 18
Building this fantastic machine:
technological developments in France
50 PFLOPS
8.8 Tb/s
SKA1-MID 5 Tb/s
7.2 Tb/s
100 PFLOPS
~2 Pb/s
SKA1-LOW
~300 PB/yr
SKA France Day 2017 Users 19France within the organisation of the SKA
European Regional Data Centre
Regional Centres Concept:
Users
Regional
Centre 1
Science Users
Processing
Centre
Regional Users
AUS Centre 2
Users
Science Users
Processing
Centre
Users
RSA Regional
Centre N Users
Observatory User Community
• J.-P. Vilotte (CNRS):
member of the External Advisory Board
(with I. Bird @ CERN & M. Zwaan @ ESO)
• C. Ferrari (OCA):
chair
4.1.17 of the General Assembly
JIV-ERIC
The Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE) is the central node of the European
VLBI Network (EVN, http://www.evlbi.org/), a distributed array of radio
SKA France Day 2017 telescopes, in and outside of Europe, offering astronomers the highest resolution 20
view of radio sources. JIVE provides the scientific data product as well asFrance within the organisation of the SKA
European Regional Data Centre
Regional Centres Concept:
Users
Regional
Centre 1
Science Users
Processing
Centre
Regional Users
AUS Centre 2
Users
Science Users
Processing
Centre
Users
RSA Regional
Centre N Users
Observatory User Community
4.1.17 JIV-ERIC
The Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE) is the central node of the European
VLBI Network (EVN, http://www.evlbi.org/), a distributed array of radio
SKA France Day 2017 telescopes, in and outside of Europe, offering astronomers the highest resolution 20
view of radio sources. JIVE provides the scientific data product as well asDesign Consortia
Advanced Instrumentation Programme
A B
1.6 GHz 24 GHz
12 3 4 5
Design Consortia 350 MHz 15.3 GHz
SKA France Day 2017 21A wide variety of technical challenges
Management of large data flows and complex problems of interferometric signal
processing
Interdisciplinarity through applications: identify SKA signal processing and
analysis issues that are in common with other application domains
(geophysics, meteorology, particles physics, medical imaging, …)
Interdisciplinarity within the SKA project: identify how to respond to the
challenges of the entire data processing and analysis chain by integrating
the technological and methodological components
Distribution of uninterrupted electrical energy under strong constraints in a
desert environment
Minimising the costs, whilst maximising the reliability and ease of maintenance
of all hardware components
Accurate real-time control of a many elements large-scale infrastructure
SKA France Day 2017 22Industrial perspectives and solutions
Intérêt industriel Multiples défis pour la construction
Industry
Intérêt industriel Multiples défis pour la construction
- Apport et distribution d’énergie
- Ingéniérie système
- Big data -(FaitApport et distribution
partie des projets d’énergie
- Ingéniérie
emblématiques du clustersystème
ASTERICS)- Big data (Fait partie des projets
- Digitalisation haute fréquence
- Algorithmes
emblématiques du cluster
- TraitementASTERICS)
des très grands volumes de
données - Digitalisation haute fréquence
- Archivage
- Algorithmes
-Traitement des très grands volumes de
données
• Nice, December 2015: First SKA French Industry Day
- Archivage
• Paris, July & September 2016: Workshops HPC/Big Data
• Paris, September, October & November 2016: Workshops Energy
SKA France Day 2017 23-Big data (Fait partie des projets
données
• Nice, December 2015: First SKA French Industry Day
emblématiques du cluster - Archivage
Industrial perspectives and solutions
Multiples défis pour• la construction
Paris, July & SeptemberASTERICS)
2016: Workshops HPC/Big Data
- Apport et distribution • Paris, September, October
d’énergie - &Digitalisation
Novemberhaute2016: Workshops Energy
fréquence
- Algorithmes
- Ingéniérie système
- Traitement des très grands volumes de
- Big data (Fait partie des projets
données
• Nice,emblématiques
December 2015:duFirst SKA French Industry Day
cluster - Archivage
• Paris,ASTERICS)
July & September 2016: Workshops HPC/Big Data
ys t e m s 50 PFLOPS
ge n i
• Paris, rSeptember, c s sOctober
- Digitalisation haute8.8fréquence
Tb/s
& November 2016: Workshops Energy
C yo
- Algorithmes
-Traitement des très grands volumes de
données
Industry Day
- Archivage
SKA1-MID
ps HPC/Big Data 5 Tb/s
n o l o g ies 7.2 Tb/s
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2016: Workshops t e ch
Energy
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Receiv
100 PFLOPS
~2 Pb/s
d e s ig n
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SKA1-LOW
SKA France Day 2017 24Industrial perspectives and solutions
Multiples défis pour la construction
- Apport et distribution d’énergie
- Ingéniérie système
50 PFLOPS
- Big data8.8(Fait
Tb/s partie des projets
emblématiques du cluster ic at io ns
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ASTERICS) Tele
- Digitalisation haute fréquence
- Algorithmes
SKA1-MID -
Traitement des très grands volumes de 5 Tb/s
7.2 Tb/s
données
SKA French Industry Day
- Archivage
: Workshops HPC/Big Data st o rage 100 PFLOPS
u c t io n and
pro d
~2 Pb/s Energy
November 2016: Workshops Energy
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SKA1-LOW
SKA France Day 2017 25Industrial perspectives and solutions
• Nice, December g2015: First SK
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• Paris, September, October & N
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100 PFLOPS
~2 Pb/s
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SKA1-LOW
SKA France Day 2017 26Industrial perspectives and solutions
e e rin g
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System
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8.8 Tb/s
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A. J u
SKA1-MID 5 Tb/s
7.2 Tb/s
100 PFLOPS
~2 Pb/s
SKA1-LOW
SKA France Day 2017 27- Big data (Fait partie des projets données
• Nice, December 2015: First SKA French Industry Day
emblématiques du cluster - Archivage
Industrial perspectives and solutions
Multiples défis pour• la construction
Paris, July & SeptemberASTERICS) 2016: Workshops HPC/Big Data
- Apport et distribution • Paris, September, October
d’énergie - &Digitalisation
Novemberhaute 2016: Workshops Energy
fréquence
- Ingéniérie système
- Algorithmes
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Multiples défis pour la construction e n
n-gi Traitement des très grands volumes de
t e m
- Big data (Fait partie des projetsSys
données
December - Apport
• Nice,emblématiques 2015:duet distribution
First SKA French
cluster d’énergie
Industry Day
- Archivage
July &-September
Ingéniérie système • Nice, December g2015: First SK
• Paris,ASTERICS) 2016:
s
Workshops HPC/Big Data
o n i t o rin
s ys t e m e fo r m
50 PFLOPS
-
n i cBig
s
- Digitalisation
e data
haute (Fait
8.8 partie
fréquence
Tb/s des projets c i e n c
• Paris, July & September 2016:
C -yog
• Paris, rSeptember, October & November 2016: Workshops
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Energy
t
Algorithmes
emblématiques du cluster ic a t io ns • Paris, September, October & N
o m m u n
Te l e c
- Traitement des
ASTERICS) très grands volumes de
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données - Digitalisation haute fréquence at i o n in
Industry Day a ppli c
- Archivage- Algorithmes rea n d
a r d wa
ps HPC/Big SKA1-MID - Traitement
Data H 5 Tb/s
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: Workshops HPC/Big Data st o rage 100 PFLOPS
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November 2016: Workshops Energy
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Antenn Dat a sto
SKA1-LOW
SKA France Day 2017 28Large&systems&–&From&engineering&to&integration&and&maintenance!
(A.!Julier!–!Thales(Alenia(Space()(
SKA&data&processing,&storage,&distribution&
(J.2M.(Denis(–(Bull2ATOS)(
SKA&system&engineering&needs!
(A.!Ayoun!–!Ariane(Group)!
Hydrogen&for&Powering&SKA:&a&Case&for&Storing&Renewable&Energy!
(Y.!Pennec!–!Air(Liquide)(
HighDfrequency&receivers&&
(S.(Gauffre(–(LAB)(
NenuFAR&:&a&French&pathfinder&of&SKA1DLOW&
(P.(Zarka(–(Obs.(Paris)(
The&French&Pulsar&timing&experience&
(G.(Theureau(–(LPC2E)(
CrossDcorrelating&cosmic&fields&in&the&Epoch&of&Reionisation!
(G.(Lagache(–(LAM)(
Atomic&and&molecular&lines&with&the&SKA&
(E.(Daddi(–(AIM)(
The&SKA&:&a&unique&instrument&to&study&the&interstellar&medium&
(M.A.(Miville2Deschenes(–(IAS)(
The&«&Maison'commune'»&SKADFrance&
(G.(Marquette(–(Coordination(SKA2France/CNRS)2INSU
29Conclusions
The French astronomical community has intensified its efforts in preparing a national
contribution to the SKA project
About 180 authors from 40 research institutes and 6 private companies involved in
the French SKA White Book
Multi-usage, transversal domain dimension of the SKA
A conservative estimate of at least 400 future users of SKA1 in France
Ongoing discussions with public research institutes & infrastructures
More potential partners identified within private companies
A scientific project with a big expected impact on society
Evolution towards a new structure : « Maison SKA France »
Create an instrument in response to the necessity of an innovative financial approach
Enable France to participate to major scientific breakthroughs over the next 50 years
SKA France Day 2017 30THANKS! 31
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