高輝度衝突型加速器実験用エレクトロニクスの開発とパイプライン化に向けた研究

Research Project

Project/Area Number	14046222
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	高エネルギー加速器研究機構
Principal Investigator	田中真伸高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (00222117)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	後田裕高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (10342601) 五十嵐洋一高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (50311121)
Project Period (FY)	2002 – 2003
Project Status	Completed (Fiscal Year 2003)
Budget Amount *help	¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000) Fiscal Year 2003: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000) Fiscal Year 2002: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Keywords	B中間子 / パイプライン / CMOS ASIC / COPPER / ネットワーク / Bファクトリー / CMOS LSI / 汎用シリアルバス / PMC規格 / 時間測定 / 波形測定
Research Abstract	B中間子の希崩壊を精度よく測定することにより、現在の標準模型への制限をつけること及び標準模型の検証、が可能なことは予測されているが、この目的達成のためにはKEKBは更に一桁以上ルミノシティーを上げる必要がある。この場合測定器に関する改良点のうち、最大のものは読み出しエレクトロニクスシステムの構築である。この研究の目的はこのような必要性が出てきた中で、どのような鍵となる要素があるか、どのようなシステムが必要かを明確にし、鍵となる要素を製作し、プロトタイプとなる読み出しシステムを完成させることにある。高輝度加速器実験においては、要素開発(LSI開発)とシステム開発は切り離すことはできないため(1)全体のデザインの鍵となるLSIの製作(2)プロトタイプシステムの製作(3)LSI製作とプロトタイプシステムへのフィードバックの3段階を経て開発を行った。このとき下記の2点に絞り議論、開発を行い成果があがっている。 A)CMOS技術によるエレクトロニクスのLSI化時間測定用回路に関しては、ADCと組み合わせ汎用ASICのデザインを開始した。波形測定用回路に関しては、1GHzサンプル512nsecのASIC開発がほぼ終了した。広ダイナミックレンジ(16bit)アンプのASIC開発が終了した。多チャンネルフロントエンドエレクトロニクスのプロトタイプの製作が終了した。 B)汎用シリアルバス及びネットワークを使用したデータ転送とパイプライン化への適用 COPPERシステムと呼ばれる汎用パイプラインDAQプラットフォームを製作し性能評価を行った。特徴は、今までクレート単位で構築されていたシステムを1ボードの上に納まるようにして、並列性を高め、更にPMC規格を用いCPU、データ転送I/Fの汎用性を高めたことである。これにより将来ボード及びシステムの変更なしに、どのような技術にも容易に対応できるようになった。またバスのスピードも仕様ぎりぎりまでの最高性能が出せることも確認した。