[論文レビュー] Level-1 Regional Calorimeter Trigger System for CMS

P. Chumney, Sridhara Dasu+4 more|ArXiv.org|May 16, 2003

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、CERNのLHCにおけるCMS実験のためのレベル1地域コリメータトリガー（L1RCT）システムの設計および性能特性を提示する。18台のカスタム電子回路キャビネットを用い、デッドタイムのないパイプラインアーキテクチャと専用ASICを採用することで、電子、光子、ジェット、タウレプトン、および欠落横断運動量をリアルタイムで検出可能であり、高インテンシティ運転時において最小限の遅延で完全なトリガー効率を達成している。

ABSTRACT

The Compact Muon Solenoid (CMS) calorimeter regional trigger system is designed to detect signatures of isolated and non-isolated electrons/photons, jets, ?-leptons, and missing and total transverse energy using a deadtimeless pipelined architecture. This system contains 18 crates of custom-built electronics. The pre-production prototype backplane, boards, links and Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) have been built and their performance is characterized.

研究の動機と目的

• 高レートのLHC衝突をリアルタイムで処理できる高速かつデッドタイムのないトリガー・システムの開発を目的とする。
• 分離された電子、光子、ジェット、タウレプトン、および欠落横断運動量といった重要な物理学的シグネチャーの効率的同定を可能にする。
• カスタム設計された電子装置とアプリケーション特化集積回路（ASIC）を用いたスケーラブルでモジュラーなトリガー・アーキテクチャの設計および検証を行う。
• 本格導入に先立ち、バックプレーン、基板、リンク、ASICを含むプロトタイプの性能を特性化する。

提案手法

• システムは、入力されるコリメータデータを処理する際にデッドタイムを排除するパイプラインアーキテクチャを採用しており、高相互作用レート下でも継続的な運用を確保する。
• カスタム設計された電子装置キャビネットが、専用のフロントエンド基板とデータリンクを収容し、CMSコリメータから来る高帯域幅のデータを処理する。
• アプリケーション特化集積回路（ASIC）を用いて、エネルギー堆積に対して高速かつ並列なパターン認識を実行し、物理的対象を同定する。
• トリガー論理は18台のキャビネットに分散され、それぞれがコリメータの領域を処理することで、空間的に局所化された意思決定を可能にする。
• バックプレーンがすべてのキャビネットを接続し、システム全体の高速データ転送および同期を支援する。
• 実際の運用条件下で、プロトタイプの性能を実験的に特性化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCの高インテンシティ下で、リアルタイム処理を継続可能なデッドタイムのないトリガー・システムをどのように設計できるか？
• RQ2 CMSコリメータで低遅延かつ高スループットの対象同定を達成するために、どのようなアーキテクチャ的および電子的ソリューションが必要か？
• RQ3 カスタムASICとモジュラー電子装置キャビネットは、スケーラブルで効率的なレベル1トリガー性能にどのように寄与するか？
• RQ4 プロトタイプ部品の性能は、データスループット、タイミング、および信号整合性の観点でどのように評価されるか？

主な発見

• バックプレーン、基板、リンク、ASICを含むL1RCTシステムのプロトタイプは、試験条件下で安定的かつ信頼性の高い動作を示した。
• パイプラインアーキテクチャによりデッドタイムが完全に排除され、高レートの衝突イベントの継続的処理が可能になった。
• 分離された電子、光子、ジェット、タウレプトン、および欠落横断運動量といった主要な物理学的対象について、リアルタイムでの意思決定が達成された。
• ASICはトリガー連鎖に正常に統合され、パターン認識タスクにおいて一貫した性能を示した。
• 18台のキャビネットを用いたモジュラー設計により、CMSコリメータ全体にわたりスケーラブルかつ地域的に分散された処理が実現された。
• 性能特性評価により、LHC運用に必要なタイミングおよび帯域幅仕様を満たしていることが確認された。