Development and Deployment of Continuous Data Acquisition System Realizing ALICE GEM-TPC

实现 ALICE GEM-TPC 的连续数据采集系统的开发和部署

• 批准号: 20H00165
• 负责人: 大山 健
• 金额: $ 28.45万
• 依托单位: Nagasaki Institute of Applied Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00165/
• 关键词: 高エネルギー原子核衝突; DAQ; FPGAアクセラレーション; 粒子検出器; ALICE; データ収集系; ビッグデータ; QGP; LHC

2022年度は主に(1)TPCのデータ処理アルゴリズムの最終実装、実機導入および運用、(2)FPGAアクセラレータカード(Xilinx Alveo U55C)をターゲットとした高位合成によるTPCクラスタリングアルゴリズムの実装テスト、および(3)ALICEの新検出器FoCalのデータ収集・トリガ系への本研究結果の応用、の3テーマを推進した。(1)に関しては大山・郡司が、前年度に開発をほぼ完了したデータ処理アルゴリズムを、ALICE実験施設のデータ収集クラスタ内の前段処理FPGA(Arria10)に実装し、試運転とデータ収集を行った。(2)は主に長名が進めた。2021年には既に高位合成によるクラスタ検出アルゴリズムの実装と100Gbit Ethernetを用いたデータ入力が可能であることを証明していたが、2022年度はこれを更に進め、データ入力用Ethernet及び計算結果をホストへ転送するためのPCI Expressインタフェイスを含むシステム全体の試作に着手した。その結果、動作周波数は当初の見積を大幅に下回る220MHz程度となり、目的のスループットが出ないと判明した。この問題は主に1000bitを超えるビット幅での並列処理に起因する配線の混雑と、高位合成ツールがその混雑を適切に見積もることができない事が要因であった。最終的にTPCを12のサブブロックに分割して処理を行い、HDLによる実装部分についても各種のチューニングを行うことで充分なスループットを達成した。この設計変更に伴う高位合成部のコード変更はきわめて少なく、この手法は他の検出器向けのデータ収集システムにも応用可能と考えられる。(3)として、大山はFoCalのデータ収集・トリガ系において本研究で開発している技術を適用するための基礎的情報収集および海外研究機関等との協力体制の構築を完了し、本格的な設計に移行した。

In 2022, we will focus on (1) final implementation and implementation of TPC data processing,(2)FPGA data processing (Xilinx Alveo U55C),(3) implementation and implementation of TPC data processing,(4) implementation and implementation of ALICE data processing,(5) implementation and implementation of ALICE data processing,(6) implementation and implementation of ALICE data processing,(7) implementation and implementation of ALICE data processing. (1)In connection with the development of the previous year, ALICE implemented the pre-processing FPGA(Arria10) in the data collection system. (2)The Lord's name is long and the name is long. In 2021, the high level synthesis of data transmission and 100Gbit Ethernet was proved to be possible. In 2022, the high level synthesis of data transmission and PCI Express was proved to be possible. The result is that the number of operating cycles is significantly lower than that of the original product at 220MHz, and the target is clearly identified. This problem is caused by the parallel processing of the main 1000bit, the mixing of the lines, the synthesis of the high bits, the mixing of the appropriate products, and the main cause of the problem. The final TPC 12 is divided into two parts: the first part is processed, the second part is loaded, and the third part is fully loaded. This design is accompanied by the high-level synthesis of the Department of the Department (3)In addition, we have completed the construction of cooperation system for FoCal's development and application of technology in this research, such as basic information collection and overseas research institutions.

项目成果

Implementation of ALICE TPC clustering algorithm on an Alveo accelerator card: a feasibility study

在 Alveo 加速卡上实现 ALICE TPC 聚类算法：可行性研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Aoki Mayumi;Kaneko Daiki;Emiko Hiyama;松村拓輝;Y. Osana
• 通讯作者: Y. Osana

WG4（オンラインフィルタリング・演算加速器）報告と展望

WG4（在线过滤/计算加速器）报告与展望

• 发表时间: 2022
• 作者: HyeJeong Kim;Hitoshi Kawakatsu;Takeshi Akuhara;Masanao Shinohara;Hajime Shiobara;Hiroko Sugioka;Ryota Takagi;T. Gunji
• 通讯作者: T. Gunji

Future measurements from ALICE Run3 and Run4

ALICE Run3 和 Run4 的未来测量

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Nishiura;S. Adachi;K. Tanaka;S. Kubo;N. Kenmochi;R. Yanai;T. Shimizu;T. Saito;T. Gunji for the ALICE collaboration
• 通讯作者: T. Gunji for the ALICE collaboration

FoCal readout and trigger

FoCal 读数和触发

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Oyama

次世代ALICE TPCにおけるクラスタ検出アルゴリズムのFPGA実装と入出力の検討

下一代ALICE TPC中簇检测算法的FPGA实现及输入/输出的考虑

• 发表时间: 2021
• 作者: 長澤和也;松山裕輝;大山健;郡司卓;長名保範
• 通讯作者: 長名保範