朱科军 中国科学院核探测技术与核电子学重点实验室 中国科学院高能物理研究所

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1 朱科军 中国科学院核探测技术与核电子学重点实验室 中国科学院高能物理研究所
大型实验的数据获取 与监测系统 朱科军 中国科学院核探测技术与核电子学重点实验室 中国科学院高能物理研究所 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

2 内容 数据获取在高能物理实验的位置 数据获取的发展 几个大型实验的数据获取 探测器监测 总结
第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

3 DAQ在高能物理实验的位置 电子学：将探测器输出的信号放大、成形等处理后数字化，将 信息暂存并作数据预处理；
触发判选：选择满足物理条件的好事例，压缩本底事例； 数据获取和在线分析：读出通过触发判选的好事例数据，以数 字形式记录下来；给出反映探测器性能的各种统计图形以及所 获事例的分类统计图形，监测探测器与电子学工作状态； 离线数据分析：将在线机上记录下来的数据在离线机上进行分 析和处理，把数据还原为粒子种类、能量、动量等物理量。 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

4 触发和DAQ的任务 只保留传送带上粉红色六边形的物体 触发 触发：在粉红色六边形的物体上标志“y” 在其它物体上标志“n” DAQ：保存标志
trash SAVE DAQ DAQ：保存标志 有“y”的物体 加快运动速度就有可能出错 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

5 判选时间 触发 必须检查移动的每个物体并打上标记 - 在下一个物体到来之前给出判选结果 - 判选时间 ≤ d/v
- 判选时间越长出错的可能越小 触发 d y/n y n n y v 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

6 触发效率 触发 不能在太多的粉红色六边形的物体上标志 “n” DAQ n n n n SAVE n n n trash y/n ? ? ?
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7 本底排除能力 触发 标志为“y”的物体也不能超过DAQ的能力 当超过DAQ的处理能力后就会引起“死时间”，
y/n y y y y y SAVE y trash 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

8 流水线工作方式 触发 由多个人同时分步检查 - 每个人的检查任务在 d/v 内完成 - 可以完成更多的检查任务 - 出错的可能性更小 DAQ
y/n DAQ d y n n y y v SAVE n trash 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

9 DAQ发展史 六/七十年代：基于NIM的FEE，采用CAMAC总线读出；缺失并行性；KB/s的数据处理能力
八十年代：基于VME/Fastbus，采用树状结构，各结点有独立的处理器；有一定的并行性，多级触发；MB/s的数据处理能力 九十年代/21世纪：9U VME/ASIC；点对点高速数据通讯/基于以太网交换机互连/PC集群/Linux；并行处理；数据驱动；GB/s的数据处理能力 未来：ATCA/ASIC；波形数字化；软件触发 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

10 DAQ控制室 P-aP. 1980 LEP. 1990 LHC 200x ISR. 1970
Digital display, no terminal A lot of persons in front of one screen LEP. 1990 LHC 200x A lot of screens in front of one person The person is onto the screen 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

11 ALICE DAQ 25 GB/s Readout bandwidth 2.5 GB/s Event Building bandwidth
1.25 GB/s storage bandwidth > 1 PB of data every year 400+ optical links 300+ PCs 60 TB transient storage 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

12 LHCb DAQ 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

13 CMS DAQ Baseline Collision rate 40 MHz No. of In-Out units 512
Level-1 Maximum trigger rate 100 kHz† Average event size ≈ 1 Mbyte Event Flow Control ≈ 106 Mssg/s † 50 kHz at startup (DAQ staging) No. of In-Out units 512 Readout network bandwidth ≈ 1 Terabit/s Event filter computing power ≈ 106 SI95‡ Data production ≈ Tbyte/day No. of PC motherboards ≈ Thousands ‡ 6105 at startup 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

14 ATLAS DAQ Start up scenario: 25 kHz LVL1 output rate.
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15 BESIII DAQ 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

16 DAQ系统部署 Control PCs 3 Blade centers 5 Servers Router 4 Switches UPS
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17 ILC DAQ conceptual (GLD) Architecture
VFD VTX ECAL TPC HCAL MUON P Data Steams Logger and Mass Storage Event building Network 10-20 Gbit/sec Processor farm (one bunch train per processor) Event manager & Control Detector Buffering (per bunch train in Mbytes/BT = 140 MB/s) Links Select Bunch Of Interest (200 Hz) SiT Machine 1 G 2.6 M 5 M 5K 4568 K 12K 9215K 10k 5MB 1MB 110 MB 20 MB 3 MB 1 MB 1GB/s = 100 PB/year 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

18 探测器监测和控制系统 保证探测器的安全稳定运行 气体系统、冷却系统、机箱控制、高低压控制、安全联锁 温湿度测量 电子学的刻度 可扩展，分布式
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19 BESIII探测器控制系统 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

20 高能物理实验数据获取技术的发展与计算机和网络技术的发展密不可分
总结 高能物理实验数据获取技术的发展与计算机和网络技术的发展密不可分 基于网络的数据传输/事例组装 采用商业产品，如PC、以太网交换机 数据缓冲，减少死时间 在FPGA上实现更加复杂的算法 触发和DAQ的数据流逐渐合并在一起 在线运行部分离线算法 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日

21 谢谢 第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会，贵州省贵阳市，2010年8月13日至18日