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ATLAS 実験における FTK 受信モジュールの 開発構築と実機試験

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ATLAS 実験における FTK 受信モジュールの 開発構築と実機試験 - PowerPoint PPT Presentation


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ATLAS 実験における FTK 受信モジュールの 開発構築と実機試験. 早大理工  白神賢 飯澤知弥、木村直樹、郡川智洋、昌子貴洋、  仲松弥、寄田浩平、他 ATLAS-FTK group 日本物理学会 2013 年秋季大会 高知大学 朝倉キャンパス 2013 /9/20 (金) 20pSM-10. FTK 全体像. Data Fomatter 各処理単位へ分配. Input Mezzanine ROD からの hit を Cluster 化. Dual-output HOLA ROD の出力を FTK 用にコピー. Waseda. FNAL.

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Presentation Transcript
atlas ftk

ATLAS実験におけるFTK受信モジュールの開発構築と実機試験ATLAS実験におけるFTK受信モジュールの開発構築と実機試験

早大理工 白神賢

飯澤知弥、木村直樹、郡川智洋、昌子貴洋、

 仲松弥、寄田浩平、他 ATLAS-FTK group

日本物理学会 2013年秋季大会

高知大学朝倉キャンパス

2013/9/20(金)

20pSM-10

slide2
FTK全体像

Data Fomatter

各処理単位へ分配

Input Mezzanine

RODからのhitを

Cluster化

Dual-output HOLA

RODの出力を

FTK用にコピー

Waseda

FNAL

UChicago

ATCA

AM board(並列)

パターンパッチング

AUX board(並列)

トラックフィッティング

PISA

Argonne

FTK to LVL2 Crate

FTK全飛跡情報をLVL2へ

日本物理学会 2013年秋期大会

ftk input
FTKのInput

Advanced Telecom

Computing Architecture

Pixel (IBL)

80Mch (12M)

SCT

6Mch

x 4crate

DF

バンチ衝突

~20(40)MHz

x8枚

ROD

ROD

~75kHz

Within 2.5μs

Event rate: 100kHz

~1kHz

Within

40ms

ROD data:

40MHz 32bit data

(最大2hitを含む)

Fiber x4

ROB

ROB

IM(計128枚)

512 Fiber links(Pixel/IBL:256, SCT:256)

LVL2 CPU Farm

日本物理学会 2013年秋期大会

slide4

受信部の詳細(IM)

FPGA一つがPixel, SCTそれぞれを一つずつ受け取りClusteringを行う

→FPGAには全て同じFWを実装できる

Pixel

FMC

FPGA

Spartan6

SCT

to DF

from ROD

Pixel

SCT

Fiber links

Clustering

SCT

Pixel

ToT

5

1

2

3

4

φ

η

平均: 3.5幅: 4

: ToTの重み付け平均

日本物理学会 2013年秋期大会

slide5

受信部の詳細(DF)

並列処理のためのデータ分割及びoverlap regionにおけるhitのsharingを行う

η方向を4分割

φ方向を16分割

overlap

region

ビーム軸

ビームスポット

η方向ではビーム衝突点のz positionを考慮して、φ方向ではトラックの曲率からヒットを重複分配する → 取り回しが複雑に

最上流における、高速・複雑な処理を可能にし、柔軟性や堅牢性を持たせる為にATCAを採用

ATCA用にIMのoutputを変更

日本物理学会 2013年秋期大会

slide6

テスト用IMから実機用IMへ

DFの開発に伴いIMをそれまでのテスト版から実機版へと変更

VME用IM

ATCA用IM

DF

EDRO

VME

ATCA

VME用IM

ATCA用IM

日本物理学会 2013年秋期大会

slide7

IMテスト戦略

Standalone Test

@Waseda

Test @CERN

Test @FNAL

Test @Waseda

←疑似ヒット

送信モジュール

Pixel/SCT

↓評価ボード

ROD

HOLA

Mini-backplane

ATCA

DF

ATCA

読み出し

読み出し

読み出し

FTKシステム下流へ

η-φ Tower

・IMのみのテスト

・変更点であるOutputのテスト

・IM-DF Communicationテスト

・Inputのテスト

・データフローテスト

・実際の運転環境でのデータフローテスト

DONE

~2013,7

DONE

~2013,8

On-going

2013,9 ~

2013,11~

日本物理学会 2013年秋期大会

slide8

Standalone Test @Waseda

320MHzでは output全線を同一のClock phaseで読み出すのは困難

それぞれの線ごとに読み出すClock phaseを変えることも可能だが、、、

↓評価ボード

3になってしまう

立ち上がりが早い

Kintex7FPGA

データ読み出しの様子

データ読み出しの様子

データ読み出しの様子

データ読み出しの様子

データ読み出しの様子

データ読み出しの様子

データ読み出しの様子

データ読み出しの様子

評価ボードを用いてIMのみのテスト

VME用IM → ATCA用IMに伴う変更点の動作確認を行った

200MHz DDRでラッチすることで、FPGA内での線ごとの配線の差が減少

→→ データ読み出しに成功

IMでデータ作製

FMCコネクタを介してLVDS320MHzでoutput

評価ボードでreferenceと比較し、PCで読み出し

16進数

16進数

16進数

16進数

16進数

16進数

16進数

16進数

2

8

1

1

4

4

3

8

1

4

4

2

8

8

1

2

~finalize

Spartan6

FPGAs

4

4

8

2

8

1

1

2

DATA (2進数表示)

DATA (2進数表示)

DATA (2進数表示)

DATA (2進数表示)

DATA (2進数表示)

DATA (2進数表示)

DATA (2進数表示)

DATA (2進数表示)

PCで読み出し

2

4

8

2

4

8

1

1

4

1

2

2

8

8

1

4

日本物理学会 2013年秋期大会

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

IMが送信するデータ : X”888…8”→ X”444…4” → X”222…2” → X”111…1” →..

slide9

Test @FNAL

  • IM-DF間のコミュニケーションテスト
  • ATCAに実装する代わりにMini backplaneからの電源供給にてテスト

2013,8/29

Fermilab High-rise 10Fにて

データ読み出しの様子

IMが送信するデータ : X”aaa…a”→ X”555…5” →..

(200MHz : 1clockあたり5ns)

IMでデータ作製

DF内のreferenceと比較

μ controller、Mini backplaneを介して、PCで読み出し

Clockを5/16 ns

遅らせて読み出し

Clockを5/16 ns

遅らせて読み出し

good

bad

good

bad

さらに、5/16 ns

遅らせて読み出し

さらに、5/16 ns

遅らせて読み出し

bad

bad

good

good

bad

good

good

bad

Mini backplane

good

bad

bad

bad

裏には μ controllerが

IM-DF初接続の記念すべき瞬間!!

PCで読み出し

→ データの読み出しに成功

ATLASで使用するエレクトロニクスの要求:Error Rate < 10-16をクリア

日本物理学会 2013年秋期大会

slide10

量産に向けた最終テストスタンド構築@Waseda

    • Clustering FWを実装しての、データフローテスト
      • 疑似ヒット送信モジュール → IM → DF(ATCA) → PC
  • 現在は、Mini backplaneでのテストを行っている
    • Inputの動作確認を行った後、 DF(ATCA)でのテストに移行

PC

疑似ヒット

疑似ヒット送信モジュール

クラスター化

PC

Mini backplane

ATCA

Run controlで制御

日本物理学会 2013年秋期大会

slide11

Test @CERN

  • ATLASのトリガーフロー本流に干渉しないように、Pixel/SCTの一部領域の実データを受け取って、実際の運転環境でのFTK動作テストを行う
  • 並列処理における単一の処理単位系でのテスト(Vertical Slice)
  • 昨年末、VME用IMではテスト済

最終テストスタンド@Waseda

Test @CERN

疑似ヒット

送信モジュール

IBL/Pixel/SCT

実ヒット

疑似ヒット

DF

DF

IM

IM

クラスタ情報

クラスタ情報

読み出し

η-φ Towerへ

日本物理学会 2013年秋期大会

slide12

今後の予定

2014

2015

13(14) TeV Run

シャットダウン (増強)

LHC

  • Test @CERN (with IBL ROD & ATCA)
  • Quality Controlを整備

インストール・運用

IM

  • 最終版IMの量産
  • Quality Control
  • 次期IM設計・製造
  • 量産に向けて、最終テストスタンドの構築

日本物理学会 2013年秋期大会

slide13

纏めと展望

  • 開発は戦略的かつ段階的に行っており、順調である
  • IM-DFテストを行った@FNAL
    • 読み出しに成功、エラーレート< 10-16
    • IM-DF間の通信プロトコルを決定
  • IM量産に向けて、最終テストスタンドの構築を開始@Waseda
  • SCT, PixelのFWも作成中
  • 次期IM(〜最終版)のデザインを開始
  • 年内にIBLROD& ATCAを含めたテストを行う予定@CERN
  • IMの量産に向けたQCを整備する
  • 年度内に最終版を決定・量産へ
  • QCを終えた後、2014年度始めにCERNへ輸送しインストール

日本物理学会 2013年秋期大会

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