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

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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。