粒子物理試驗(yàn)中的波形數(shù)字化技術(shù)

1大型實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)獲取

與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2內(nèi)容數(shù)據(jù)獲取在高能物理實(shí)驗(yàn)的位置數(shù)據(jù)獲取的發(fā)展幾個(gè)大型實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)獲取探測(cè)器監(jiān)測(cè)總結(jié)3DAQ在高能物理實(shí)驗(yàn)的位置電子學(xué)：將探測(cè)器輸出的信號(hào)放大、成形等處理后數(shù)字化，將信息暫存并作數(shù)據(jù)預(yù)處理；觸發(fā)判選：選擇滿足物理?xiàng)l件的好事例，壓縮本底事例；數(shù)據(jù)獲取和在線分析：讀出通過觸發(fā)判選的好事例數(shù)據(jù)，以數(shù)字形式記錄下來；給出反映探測(cè)器性能的各種統(tǒng)計(jì)圖形以及所獲事例的分類統(tǒng)計(jì)圖形，監(jiān)測(cè)探測(cè)器與電子學(xué)工作狀態(tài)；離線數(shù)據(jù)分析：將在線機(jī)上記錄下來的數(shù)據(jù)在離線機(jī)上進(jìn)行分析和處理，把數(shù)據(jù)還原為粒子種類、能量、動(dòng)量等物理量。4y/nyynn觸發(fā)觸發(fā)：在粉紅色六邊形的物體上標(biāo)志“y”

在其它物體上標(biāo)志“n”nytrashSAVEDAQDAQ：保存標(biāo)志有“y”的物體加快運(yùn)動(dòng)速度就有可能出錯(cuò)觸發(fā)和DAQ的任務(wù)只保留傳送帶上粉紅色六邊形的物體5y/nyynn觸發(fā)vd判選時(shí)間必須檢查移動(dòng)的每個(gè)物體并打上標(biāo)記-在下一個(gè)物體到來之前給出判選結(jié)果-判選時(shí)間

≤

d/v-判選時(shí)間越長(zhǎng)出錯(cuò)的可能越小6y/nnnnn觸發(fā)SAVEDAQnnntrash???觸發(fā)效率不能在太多的粉紅色六邊形的物體上標(biāo)志“n”7y/nyyyy觸發(fā)ytrashSAVEDAQy當(dāng)超過DAQ的處理能力后就會(huì)引起“死時(shí)間”，同樣會(huì)丟失被標(biāo)記為“y”的物體，降低觸發(fā)效率本底排除能力標(biāo)志為“y”的物體也不能超過DAQ的能力8y/nyynn觸發(fā)nytrashSAVEDAQvd流水線工作方式由多個(gè)人同時(shí)分步檢查-每個(gè)人的檢查任務(wù)在d/v內(nèi)完成

-可以完成更多的檢查任務(wù)

-出錯(cuò)的可能性更小9DAQ發(fā)展史六/七十年代：基于NIM的FEE，采用CAMAC總線讀出；缺失并行性；KB/s的數(shù)據(jù)處理能力八十年代：基于VME/Fastbus，采用樹狀結(jié)構(gòu)，各結(jié)點(diǎn)有獨(dú)立的處理器；有一定的并行性，多級(jí)觸發(fā)；MB/s的數(shù)據(jù)處理能力九十年代/21世紀(jì)：9UVME/ASIC；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)通訊/基于以太網(wǎng)交換機(jī)互連/PC集群/Linux；并行處理；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；GB/s的數(shù)據(jù)處理能力未來：ATCA/ASIC；波形數(shù)字化；軟件觸發(fā)10DAQ控制室Digitaldisplay,noterminalISR.1970P-aP.1980AlotofpersonsinfrontofonescreenLEP.1990AlotofscreensinfrontofonepersonLHC200xThepersonisontothescreen11ALICEDAQ25GB/sReadoutbandwidth2.5GB/sEventBuildingbandwidth1.25GB/sstoragebandwidth>1PBofdataeveryyear400+opticallinks300+PCs60TBtransientstorage12LHCbDAQ13CMSDAQBaselineCollisionrate 40MHzLevel-1Maximumtriggerrate 100kHz?Averageeventsize ≈ 1MbyteEventFlowControl ≈ 106Mssg/s?

50kHzatstartup(DAQstaging)No.ofIn-Outunits 512Readoutnetworkbandwidth ≈ 1Terabit/sEventfiltercomputingpower ≈ 106SI95?Dataproduction ≈ Tbyte/dayNo.ofPCmotherboards ≈ Thousands?

6

105atstartup14ATLASDAQ15BESIIIDAQ16DAQ系統(tǒng)部署ControlPCs3Bladecenters5ServersRouter4SwitchesUPS17ILCDAQconceptual(GLD)ArchitectureVFDVTXECALTPCHCALMUONPPPPPPPPPPPPPPPPDataSteamsLoggerandMassStorage

EventbuildingNetwork10-20Gbit/secProcessorfarm(onebunchtrainperprocessor)Eventmanager&ControlDetectorBuffering(perbunchtraininMbytes/BT=140MB/s)LinksSelectBunchOfInterest(200Hz)SiTMachine1G2.6M5M5K4568K12K9215K10k5MB1MB110MB20MB3MB1MB1GB/s=100PB/year18探測(cè)器監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)保證探測(cè)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行氣體系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)箱控制、高低壓控制、安全聯(lián)鎖溫濕度測(cè)量電子學(xué)的刻度可擴(kuò)展，分布式19BESIII探測(cè)器控制系統(tǒng)20總結(jié)基于網(wǎng)絡(luò)