The rapid development of general-purpose computing on graphics processing units (GPGPU) is allowing the implementation of highly-parallelized Monte Carlo simulation chains for particle physics experiments. This technique is particularly suitable for the simulation of a pixelated charge readout for time projection chambers, given the large number of channels that this technology employs. Here we present the first implementation of a full microphysical simulator of a liquid argon time projection chamber (LArTPC) equipped with light readout and pixelated charge readout, developed for the DUNE Near Detector. The software is implemented with an end-to-end set of GPU-optimized algorithms. The algorithms have been written in Python and translated into CUDA kernels using Numba, a just-in-time compiler for a subset of Python and NumPy instructions. The GPU implementation achieves a speed up of four orders of magnitude compared with the equivalent CPU version. The simulation of the current induced on 10^3 pixels takes around 1 ms on the GPU, compared with approximately 10 s on the CPU. The results of the simulation are compared against data from a pixel-readout LArTPC prototype.

Highly-parallelized simulation of a pixelated LArTPC on a GPU / A. Abed Abud, B. Abi, R. Acciarri, M.A. Acero, M.R. Adames, G. Adamov, M. Adamowski, D. Adams, M. Adinolfi, C. Adriano, A. Aduszkiewicz, J. Aguilar, Z. Ahmad, J. Ahmed, B. Aimard, F. Akbar, K. Allison, S. Alonso Monsalve, M. Alrashed, C. Alt, A. Alton, R. Alvarez, P. Amedo, J. Anderson, D.A. Andrade, C. Andreopoulos, M. Andreotti, M.P. Andrews, F. Andrianala, S. Andringa, N. Anfimov, W.L. Anicézio Campanelli, A. Ankowski, M. Antoniassi, M. Antonova, A. Antoshkin, S. Antusch, A. Aranda-Fernandez, L. Arellano, L.O. Arnold, M.A. Arroyave, J. Asaadi, A. Ashkenazi, L. Asquith, A. Aurisano, V. Aushev, D. Autiero, M. Ayala-Torres, F. Azfar, A. Back, H. Back, J.J. Back, I. Bagaturia, L. Bagby, N. Balashov, S. Balasubramanian, P. Baldi, W. Baldini, B. Baller, B. Bambah, F. Barao, G. Barenboim, P. Barham Alzás, G.J. Barker, W. Barkhouse, C. Barnes, G. Barr, J. Barranco Monarca, A. Barros, N. Barros, J.L. Barrow, A. Basharina-Freshville, A. Bashyal, V. Basque, C. Batchelor, J.B.R. Battat, F. Battisti, F. Bay, M.C.Q. Bazetto, J.L.L. Bazo Alba, J.F. Beacom, E. Bechetoille, B. Behera, E. Belchior, L. Bellantoni, G. Bellettini, V. Bellini, O. Beltramello, N. Benekos, C. Benitez Montiel, D. Benjamin, F. Bento Neves, J. Berger, S. Berkman, P. Bernardini, R.M. Berner, A. Bersani, S. Bertolucci, M. Betancourt, A. Betancur Rodríguez, A. Bevan, Y. Bezawada, A.T. Bezerra, T.J. Bezerra, J. Bhambure, A. Bhardwaj, V. Bhatnagar, M. Bhattacharjee, M. Bhattacharya, D. Bhattarai, S. Bhuller, B. Bhuyan, S. Biagi, J. Bian, M. Biassoni, K. Biery, B. Bilki, M. Bishai, V. Bisignani, A. Bitadze, A. Blake, F.D. Blaszczyk, G.C. Blazey, D. Blend, E. Blucher, J. Boissevain, S. Bolognesi, T. Bolton, L. Bomben, M. Bonesini, C. Bonilla-Diaz, F. Bonini, A. Booth, F. Boran, S. Bordoni, A. Borkum, N. Bostan, P. Bour, D. Boyden, J. Bracinik, D. Braga, D. Brailsford, A. Branca, A. Brandt, M. Bravo-Moreno, J. Bremer, C. Brew, S.J. Brice, C. Brizzolari, C. Bromberg, J. Brooke, A. Bross, G. Brunetti, M. Brunetti, N. Buchanan, H. Budd, J. Buergi, G.C. V., I. Cagnoli, T. Cai, D. Caiulo, R. Calabrese, P. Calafiura, J. Calcutt, M. Calin, L. Calivers, S. Calvez, E. Calvo, A. Caminata, D. Caratelli, D. Carber, J.C. Carceller, G. Carini, B. Carlus, M.F. Carneiro, P. Carniti, I. Caro Terrazas, H. Carranza, N. Carrara, L. Carroll, T. Carroll, A. Carter, J.F. Castaño Forero, A. Castillo, E. Catano-Mur, C. Cattadori, F. Cavalier, G. Cavallaro, F. Cavanna, S. Centro, G. Cerati, A. Cervelli, A. Cervera Villanueva, K. Chakraborty, M. Chalifour, A. Chappell, E. Chardonnet, N. Charitonidis, A. Chatterjee, S. Chattopadhyay, H. Chen, M. Chen, Y. Chen, Z. Chen, Z. Chen-Wishart, Y. Cheon, D. Cherdack, C. Chi, S. Childress, R. Chirco, A. Chiriacescu, N. Chitirasreemadam, K. Cho, S. Choate, D. Chokheli, P.S. Chong, B. Chowdhury, A. Christensen, D. Christian, G. Christodoulou, A. Chukanov, M. Chung, E. Church, V. Cicero, D. Clapa, P. Clarke, G. Cline, T.E. Coan, A.G. Cocco, J.A.B. Coelho, A. Cohen, J. Collot, E. Conley, J.M. Conrad, M. Convery, S. Copello, P. Cova, C. Cox, L. Cremaldi, L. Cremonesi, J.I. Crespo-Anadón, M. Crisler, E. Cristaldo, J. Crnkovic, G. Crone, R. Cross, A. Cudd, C. Cuesta, Y. Cui, D. Cussans, J. Dai, O. Dalager, R. Dallavalle, H. da Motta, Z.A. Dar, R. Darby, L. Da Silva Peres, C. David, Q. David, G.S. Davies, S. Davini, J. Dawson, K. De, S. De, R. De Aguiar, P. De Almeida, P. Debbins, I. De Bonis, M.P. Decowski, A. de Gouvêa, P.C. De Holanda, I.L. De Icaza Astiz, A. Deisting, P. De Jong, A. De la Torre, A. Delbart, V. De Leo, D. Delepine, M. Delgado, A. Dell'Acqua, N. Delmonte, P. De Lurgio, J.R.T. de Mello Neto, D.M. Demuth, S. Dennis, C. Densham, P. Denton, G.W. Deptuch, A. De Roeck, V. De Romeri, G. De Souza, J.P. Detje, R. Devi, R. Dharmapalan, M. Dias, J.S. Díaz, F. Díaz, F. Di Capua, A. Di Domenico, S. Di Domizio, S. Di Falco, L. Di Giulio, P. Ding, L. Di Noto, E. Diociaiuti, C. Distefano, R. Diurba, M. Diwan, Z. Djurcic, D. Doering, S. Dolan, F. Dolek, M.J. Dolinski, D. Domenici, L. Domine, S. Donati, Y. Donon, S. Doran, D. Douglas, A. Dragone, F. Drielsma, L. Duarte, D. Duchesneau, K. Duffy, K. Dugas, P. Dunne, B. Dutta, H. Duyang, O. Dvornikov, D.A. Dwyer, A.S. Dyshkant, M. Eads, A. Earle, D. Edmunds, J. Eisch, L. Emberger, P. Englezos, A. Ereditato, T. Erjavec, C.O. Escobar, J.J. Evans, E. Ewart, A.C. Ezeribe, K. Fahey, L. Fajt, A. Falcone, M. Fani', C. Farnese, Y. Farzan, D. Fedoseev, J. Felix, Y. Feng, E. Fernandez-Martinez, F. Ferraro, L. Fields, P. Filip, A. Filkins, F. Filthaut, R. Fine, G. Fiorillo, M. Fiorini, V. Fischer, R.S. Fitzpatrick, W. Flanagan, B. Fleming, R. Flight, S. Fogarty, W. Foreman, J. Fowler, J. Franc, D. Franco, J. Freeman, J. Fried, A. Friedland, S. Fuess, I.K. Furic, K. Furman, A.P. Furmanski, A. Gabrielli, A. Gago, H. Gallagher, A. Gallas, A. Gallego-Ros, N. Gallice, V. Galymov, E. Gamberini, T. Gamble, F. Ganacim, R. Gandhi, S. Ganguly, F. Gao, S. Gao, D. Garcia-Gamez, M.Á. García-Peris, S. Gardiner, D. Gastler, A. Gauch, J. Gauvreau, P. Gauzzi, G. Ge, N. Geffroy, B. Gelli, A. Gendotti, S. Gent, L. Gerlach, Z. Ghorbani-Moghaddam, P. Giammaria, T. Giammaria, N. Giangiacomi, D. Gibin, I. Gil-Botella, S. Gilligan, A. Gioiosa, S. Giovannella, C. Girerd, A.K. Giri, D. Gnani, O. Gogota, M. Gold, S. Gollapinni, K. Gollwitzer, R.A. Gomes, L.V. Gomez Bermeo, L.S. Gomez Fajardo, F. Gonnella, D. Gonzalez-Diaz, M. Gonzalez-Lopez, M.C. Goodman, O. Goodwin, S. Goswami, C. Gotti, J. Goudeau, E. Goudzovski, C. Grace, R. Gran, E. Granados, P. Granger, C. Grant, D. Gratieri, P. Green, S. Greenberg, L. Greenler, J. Greer, J. Grenard, W.C. Griffith, F.T. Groetschla, M. Groh, K. Grzelak, W. Gu, V. Guarino, M. Guarise, R. Guenette, E. Guerard, M. Guerzoni, D. Guffanti, A. Guglielmi, B. Guo, A. Gupta, V. Gupta, K.K. Guthikonda, P. Guzowski, M.M. Guzzo, S. Gwon, C. Ha, K. Haaf, A. Habig, H. Hadavand, A. Hadef, R. Haenni, L. Hagaman, A. Hahn, J. Haiston, P. Hamacher-Baumann, T. Hamernik, P. Hamilton, J. Han, J. Hancock, F. Happacher, D.A. Harris, J. Hartnell, T. Hartnett, J. Harton, T. Hasegawa, C. Hasnip, R. Hatcher, K.W. Hatfield, A. Hatzikoutelis, C. Hayes, K. Hayrapetyan, J. Hays, E. Hazen, M. He, A. Heavey, K.M. Heeger, J. Heise, S. Henry, M.A. Hernandez Morquecho, K. Herner, V. Hewes, C. Hilgenberg, T. Hill, S.J. Hillier, A. Himmel, E. Hinkle, L.R. Hirsch, J. Ho, J. Hoff, A. Holin, T. Holvey, E. Hoppe, G.A. Horton-Smith, M. Hostert, T. Houdy, A. Hourlier, B. Howard, R. Howell, J. Hoyos Barrios, I. Hristova, M.S. Hronek, J. Huang, R.G. Huang, Z. Hulcher, G. Iles, N. Ilic, A.M. Iliescu, R. Illingworth, G. Ingratta, A. Ioannisian, B. Irwin, L. Isenhower, M. Ismerio Oliveira, R. Itay, C.M. Jackson, V. Jain, E. James, W. Jang, B. Jargowsky, F. Jediny, D. Jena, Y.S. Jeong, C. Jesús-Valls, X. Ji, J. Jiang, L. Jiang, A. Jipa, J.H. Jo, F.R. Joaquim, W. Johnson, B. Jones, R. Jones, N. Jovancevic, M. Judah, C.K. Jung, T. Junk, Y. Jwa, M. Kabirnezhad, A. Kaboth, I. Kadenko, I. Kakorin, A. Kalitkina, D. Kalra, O. Kamer Koseyan, F. Kamiya, D.M. Kaplan, G. Karagiorgi, G. Karaman, A. Karcher, Y. Karyotakis, S. Kasai, S.P. Kasetti, L. Kashur, I. Katsioulas, N. Kazaryan, E. Kearns, P. Keener, K.J. Kelly, E. Kemp, O. Kemularia, Y. Kermaidic, W. Ketchum, S.H. Kettell, M. Khabibullin, A. Khotjantsev, A. Khvedelidze, D. Kim, B. King, B. Kirby, M. Kirby, J. Klein, J. Kleykamp, A. Klustova, T. Kobilarcik, K. Koehler, L.W. Koerner, D.H. Koh, S. Kohn, P.P. Koller, L. Kolupaeva, D. Korablev, M. Kordosky, T. Kosc, U. Kose, V.A. Kostelecký, K. Kothekar, I. Kotler, V. Kozhukalov, R. Kralik, L. Kreczko, F. Krennrich, I. Kreslo, W. Kropp, T. Kroupova, M. Kubu, Y. Kudenko, V.A. Kudryavtsev, S. Kuhlmann, S. Kulagin, J. Kumar, P. Kumar, P. Kunze, R. Kuravi, N. Kurita, C. Kuruppu, V. Kus, T. Kutter, J. Kvasnicka, D. Kwak, A. Lambert, B.J. Land, C.E. Lane, K. Lang, T. Langford, M. Langstaff, F. Lanni, O. Lantwin, J. Larkin, P. Lasorak, D. Last, A. Laundrie, G. Laurenti, A. Lawrence, P. Laycock, I. Lazanu, M. Lazzaroni, T. Le, S. Leardini, J. Learned, P. Lebrun, T. Lecompte, C. Lee, V. Legin, G. Lehmann Miotto, R. Lehnert, M.A. Leigui de Oliveira, M. Leitner, L.M. Lepin, S.W. Li, Y. Li, H. Liao, C.S. Lin, S. Lin, D. Lindebaum, R.A. Lineros, J. Ling, A. Lister, B.R. Littlejohn, J. Liu, Y. Liu, S. Lockwitz, T. Loew, M. Lokajicek, I. Lomidze, K. Long, T. Lord, J.M. Losecco, W.C. Louis, X.-. Lu, K.B. Luk, B. Lunday, X. Luo, E. Luppi, T. Lux, V.P. Luzio, J. Maalmi, D. Macfarlane, A.A. Machado, P. Machado, C.T. Macias, J.R. Macier, M. Macmahon, A. Maddalena, A. Madera, P. Madigan, S. Magill, K. Mahn, A. Maio, A. Major, K. Majumdar, J.A. Maloney, M. Man, G. Mandrioli, R.C. Mandujano, J. Maneira, L. Manenti, S. Manly, A. Mann, K. Manolopoulos, M. Manrique Plata, V.N. Manyam, M. Marchan, A. Marchionni, W. Marciano, D. Marfatia, C. Mariani, J. Maricic, F. Marinho, A.D. Marino, T. Markiewicz, D. Marsden, M. Marshak, C.M. Marshall, J. Marshall, J. Marteau, J. Martín-Albo, N. Martinez, D.A. Martinez Caicedo, F. Martínez López, P. Martínez Miravé, S. Martynenko, V. Mascagna, K. Mason, A. Mastbaum, F. Matichard, S. Matsuno, J. Matthews, C. Mauger, N. Mauri, K. Mavrokoridis, I. Mawby, R. Mazza, A. Mazzacane, T. Mcaskill, E. Mccluskey, N. Mcconkey, K.S. Mcfarland, C. Mcgrew, A. Mcnab, A. Mefodiev, P. Mehta, P. Melas, O. Mena, H. Mendez, P. Mendez, D.P. Méndez, A. Menegolli, G. Meng, M.D. Messier, W. Metcalf, M. Mewes, H. Meyer, T. Miao, G. Michna, V. Mikola, R. Milincic, G. Miller, W. Miller, J. Mills, O. Mineev, A. Minotti, O.G. Miranda, S. Miryala, S. Miscetti, C.S. Mishra, S.R. Mishra, A. Mislivec, M. Mitchell, D. Mladenov, I. Mocioiu, K. Moffat, A. Mogan, N. Moggi, R. Mohanta, T.A. Mohayai, N. Mokhov, J. Molina, L. Molina Bueno, E. Montagna, A. Montanari, C. Montanari, D. Montanari, D. Montanino, L.M. Montaño Zetina, S.H. Moon, M. Mooney, A.F. Moor, D. Moreno, L. Morescalchi, D. Moretti, C. Morris, C. Mossey, M. Mote, E. Motuk, C.A. Moura, J. Mousseau, G. Mouster, W. Mu, L. Mualem, J. Mueller, M. Muether, F. Muheim, A. Muir, M. Mulhearn, D. Munford, L.J. Munteanu, H. Muramatsu, J. Muraz, M. Murphy, S. Murphy, J. Musser, J. Nachtman, Y. Nagai, S. Nagu, M. Nalbandyan, R. Nandakumar, D. Naples, S. Narita, A. Nath, A. Navrer-Agasson, N. Nayak, M. Nebot-Guinot, K. Negishi, J.K. Nelson, M. Nelson, J. Nesbit, M. Nessi, D. Newbold, M. Newcomer, H. Newton, R. Nichol, F. Nicolas-Arnaldos, A. Nikolica, J. Nikolov, E. Niner, K. Nishimura, A. Norman, A. Norrick, P. Novella, J.A. Nowak, M. Oberling, J.P. Ochoa-Ricoux, A. Olivier, A. Olshevskiy, Y. Onel, Y. Onishchuk, J. Ott, L. Pagani, G. Palacio, O. Palamara, S. Palestini, J.M. Paley, M. Pallavicini, C. Palomares, S. Pan, W. Panduro Vazquez, E. Pantic, V. Paolone, V. Papadimitriou, R. Papaleo, A. Papanestis, S. Paramesvaran, S. Parke, E. Parozzi, S. Parsa, Z. Parsa, S. Parveen, M. Parvu, D. Pasciuto, S. Pascoli, L. Pasqualini, J. Pasternak, J. Pater, C. Patrick, L. Patrizii, R.B. Patterson, S.J. Patton, T. Patzak, A. Paudel, L. Paulucci, Z. Pavlovic, G. Pawloski, D. Payne, V. Pec, S.J.M. Peeters, A. Pena Perez, E. Pennacchio, A. Penzo, O.L.G. Peres, Y.F. Perez Gonzalez, L. Pérez-Molina, C. Pernas, J. Perry, D. Pershey, G. Pessina, G. Petrillo, C. Petta, R. Petti, V. Pia, F. Piastra, L. Pickering, F. Pietropaolo, V.L. Pimentel, G. Pinaroli, K. Plows, R. Plunkett, T. Pollman, F. Pompa, X. Pons, N. Poonthottathil, F. Poppi, S. Pordes, J. Porter, M. Potekhin, R. Potenza, B.V.K.S. Potukuchi, J. Pozimski, M. Pozzato, S. Prakash, T. Prakash, C. Pratt, M. Prest, F. Psihas, D. Pugnere, X. Qian, J.L. Raaf, V. Radeka, J. Rademacker, R. Radev, B. Radics, A. Rafique, E. Raguzin, M. Rai, M. Rajaoalisoa, I. Rakhno, A. Rakotonandrasana, L. Rakotondravohitra, R. Rameika, M.A. Ramirez Delgado, B. Ramson, A. Rappoldi, G. Raselli, P. Ratoff, S. Raut, H. Razafinime, R.F. Razakamiandra, E.M. Rea, J.S. Real, B. Rebel, R. Rechenmacher, M. Reggiani-Guzzo, J. Reichenbacher, S.D. Reitzner, H. Rejeb Sfar, A. Renshaw, S. Rescia, F. Resnati, M. Ribas, S. Riboldi, C. Riccio, G. Riccobene, L.C.J. Rice, J.S. Ricol, A. Rigamonti, Y. Rigaut, E.V. Rincón, A. Ritchie-Yates, D. Rivera, R. Rivera, A. Robert, J.L. Rocabado Rocha, L. Rochester, M. Roda, P. Rodrigues, M.J. Rodriguez Alonso, J. Rodriguez Rondon, E. Romeo, S. Rosauro-Alcaraz, P. Rosier, M. Rossella, M. Rossi, M. Ross-Lonergan, J. Rout, P. Roy, A. Rubbia, C. Rubbia, G. Ruiz Ferreira, B. Russell, D. Ruterbories, A. Rybnikov, A. Saa-Hernandez, R. Saakyan, S. Sacerdoti, N. Sahu, P. Sala, N. Samios, O. Samoylov, M.C. Sanchez, V. Sandberg, D.A. Sanders, D. Sankey, D. Santoro, N. Saoulidou, P. Sapienza, C. Sarasty, I. Sarcevic, I. Sarra, G. Savage, V. Savinov, G. Scanavini, A. Scaramelli, A. Scarff, A. Scarpelli, T. Schefke, H. Schellman, S. Schifano, P. Schlabach, D. Schmitz, A.W. Schneider, K. Scholberg, A. Schukraft, E. Segreto, A. Selyunin, C.R. Senise, J. Sensenig, D. Sgalaberna, M.H. Shaevitz, S. Shafaq, F. Shaker, M. Shamma, P. Shanahan, R. Sharankova, H.R. Sharma, R. Sharma, R. Kumar, K. Shaw, T. Shaw, K. Shchablo, C. Shepherd-Themistocleous, A. Sheshukov, W. Shi, S. Shin, I. Shoemaker, D. Shooltz, R. Shrock, J. Silber, L. Simard, J. Sinclair, G. Sinev, J. Singh, J. Singh, L. Singh, P. Singh, V. Singh, S. Singh Chauhan, R. Sipos, G. Sirri, A. Sitraka, K. Siyeon, K. Skarpaas, E. Smith, P. Smith, J. Smolik, M. Smy, E.L. Snider, P. Snopok, D. Snowden-Ifft, M. Soares Nunes, H. Sobel, M. Soderberg, S. Sokolov, C.J. Solano Salinas, S. Söldner-Rembold, S.R. Soleti, N. Solomey, V. Solovov, W.E. Sondheim, M. Sorel, A. Sotnikov, J. Soto-Oton, A. Sousa, K. Soustruznik, F. Spagliardi, M. Spanu, J. Spitz, N.J.C. Spooner, K. Spurgeon, D. Stalder, M. Stancari, L. Stanco, J. Steenis, R. Stein, H.M. Steiner, A.F. Steklain Lisbôa, A. Stepanova, J. Stewart, B. Stillwell, J. Stock, F. Stocker, T. Stokes, M. Strait, T. Strauss, L. Strigari, A. Stuart, J.G. Suarez, J. Subash, A. Surdo, V. Susic, L. Suter, C.M. Sutera, K. Sutton, Y. Suvorov, R. Svoboda, S.K. Swain, B. Szczerbinska, A.M. Szelc, A. Taffara, N. Talukdar, J. Tamara, H.A. Tanaka, S. Tang, N. Taniuchi, B. Tapia Oregui, A. Tapper, S. Tariq, E. Tarpara, N. Tata, E. Tatar, R. Tayloe, A.M. Teklu, P. Tennessen, M. Tenti, K. Terao, F. Terranova, G. Testera, T. Thakore, A. Thea, A. Thompson, C. Thorn, S.C. Timm, V. Tishchenko, N. Todorović, L. Tomassetti, A. Tonazzo, D. Torbunov, M. Torti, M. Tortola, F. Tortorici, N. Tosi, D. Totani, M. Toups, C. Touramanis, R. Travaglini, J. Trevor, S. Trilov, W.H. Trzaska, Y. Tsai, Y.-. Tsai, Z. Tsamalaidze, K.V. Tsang, N. Tsverava, S.Z. Tu, S. Tufanli, C. Tull, J. Turner, M. Tuzi, J. Tyler, E. Tyley, M. Tzanov, L. Uboldi, M.A. Uchida, J. Urheim, T. Usher, H. Utaegbulam, S. Uzunyan, M.R. Vagins, P. Vahle, S. Valder, G.A. Valdiviesso, E. Valencia, R. Valentim, Z. Vallari, E. Vallazza, J.W.F. Valle, S. Vallecorsa, R. Van Berg, R.G. Van de Water, D. Vanegas Forero, D. Vannerom, F. Varanini, D. Vargas Oliva, G. Varner, S. Vasina, N. Vaughan, K. Vaziri, J. Vega, S. Ventura, A. Verdugo, S. Vergani, M.A. Vermeulen, M. Verzocchi, M. Vicenzi, H. Vieira de Souza, C. Vignoli, C. Vilela, B. Viren, A. Vizcaya-Hernandez, T. Vrba, Q. Vuong, T. Wachala, A.V. Waldron, M. Wallbank, T. Walton, H. Wang, J. Wang, L. Wang, M.H.L.S. Wang, X. Wang, Y. Wang, Y. Wang, K. Warburton, D. Warner, M.O. Wascko, D. Waters, A. Watson, K. Wawrowska, P. Weatherly, A. Weber, M. Weber, H. Wei, A. Weinstein, D. Wenman, M. Wetstein, J. Whilhelmi, A. White, A. White, L.H. Whitehead, D. Whittington, M.J. Wilking, A. Wilkinson, C. Wilkinson, Z. Williams, F. Wilson, R.J. Wilson, W. Wisniewski, J. Wolcott, J. Wolfs, T. Wongjirad, A. Wood, K. Wood, E. Worcester, M. Worcester, M. Wospakrik, K. Wresilo, C. Wret, S. Wu, W. Wu, W. Wu, M. Wurm, J. Wyenberg, Y. Xiao, I. Xiotidis, B. Yaeggy, N. Yahlali, E. Yandel, G. Yang, K. Yang, T. Yang, A. Yankelevich, N. Yershov, K. Yonehara, Y.S. Yoon, T. Young, B. Yu, H. Yu, H. Yu, J. Yu, Y. Yu, W. Yuan, R. Zaki, J. Zalesak, L. Zambelli, B. Zamorano, A. Zani, L. Zazueta, G.P. Zeller, J. Zennamo, K. Zeug, C. Zhang, S. Zhang, Y. Zhang, M. Zhao, E. Zhivun, E.D. Zimmerman, S. Zucchelli, J. Zuklin, V. Zutshi, R. Zwaska. - In: JOURNAL OF INSTRUMENTATION. - ISSN 1748-0221. - 18:4(2023 Apr 26), pp. P04034.1-P04034.35. [10.1088/1748-0221/18/04/P04034]

Highly-parallelized simulation of a pixelated LArTPC on a GPU

F. Ferraro;N. Gallice;M. Lazzaroni;S. Riboldi;
2023

Abstract

The rapid development of general-purpose computing on graphics processing units (GPGPU) is allowing the implementation of highly-parallelized Monte Carlo simulation chains for particle physics experiments. This technique is particularly suitable for the simulation of a pixelated charge readout for time projection chambers, given the large number of channels that this technology employs. Here we present the first implementation of a full microphysical simulator of a liquid argon time projection chamber (LArTPC) equipped with light readout and pixelated charge readout, developed for the DUNE Near Detector. The software is implemented with an end-to-end set of GPU-optimized algorithms. The algorithms have been written in Python and translated into CUDA kernels using Numba, a just-in-time compiler for a subset of Python and NumPy instructions. The GPU implementation achieves a speed up of four orders of magnitude compared with the equivalent CPU version. The simulation of the current induced on 10^3 pixels takes around 1 ms on the GPU, compared with approximately 10 s on the CPU. The results of the simulation are compared against data from a pixel-readout LArTPC prototype.
Detector modelling and simulations II (electric fields, charge transport, multiplication and induction, pulse formation, electron emission, etc); Simulation methods and programs; Noble liquid detectors (scintillation, ionization, double-phase); Time projection Chambers (TPC);;
Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
Settore ING-INF/01 - Elettronica
Settore ING-INF/07 - Misure Elettriche e Elettroniche
26-apr-2023
Article (author)
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
Abed_Abud_2023_J._Inst._18_P04034(2).pdf

accesso aperto

Tipologia: Publisher's version/PDF
Dimensione 15.29 MB
Formato Adobe PDF
15.29 MB Adobe PDF Visualizza/Apri
1972465_(1).pdf

accesso aperto

Tipologia: Publisher's version/PDF
Dimensione 5.07 MB
Formato Adobe PDF
5.07 MB Adobe PDF Visualizza/Apri
Pubblicazioni consigliate

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/2434/970124
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus 2
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? 1
social impact