2019 Fiscal Year Annual Research Report
Component development for ultimate high band-width data acquisition system for future nuclear and high-energy experiments
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17K18783
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| Research Institution | Nagasaki Institute of Applied Science |
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Principal Investigator |
田中 義人 長崎総合科学大学, 工学研究科, 教授 (30269089)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | データ収集システム / DAQ / FPGA / GPUコンピューティング / 原子核実験 / 高エネルギー物理学実験 / 重イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、現在増強中のLHC-ALICE実験をはじめとした近未来の高エネルギー原子核衝突実験において必須となる超広帯域検出器データ処理システムの実現に向け、基本的要素技術の開発を行ってきた。
本年度は、ハードウェア記述言語によるデジタルフィルタの開発を一層進め、それらの統合化およびテストへと進めた。
ALICE実験と共同開発してきたFPGAボードを計算機筐体に組み込み、これまでに開発したデジタル・シグナル処理モジュールの幾つかを搭載したファームウェアを動作させるテストを行った。検出器上に配置した、ADCと光送信機から成る前段読み出し回路から、本FPGAボードにデータを送信し、最終的にPCI Express Gen3バスを介して一連のデータの読み出しに成功した。
一方、ALICE実験が現在計画中である前方カロリメータ等の新たな検出器や、J-PARC等における高輝度原子核実験において必要となるデータ処理システムにおいても、今回開発した技術の活用可能性をより一層検討した。特に、今回実装した電子クラスタを識別するアルゴリズムは、大量のデータを一旦メモリに蓄積しスキャンする方式をとっているが、これをFPGAに実装すると、一般的なFPGAボードでは周辺DRAMへのバンド幅が小さすぎ、搭載不可能であることが判明した。カロリメータ等のデータの即時解析においても、検出器チャンネルのエネルギー分布から局所最大を見つける際に同様な問題に直面するとみられる。研究の終盤ではこの問題点の解決策として、最近発表されたHBM(High Band-width Memory)を搭載したFPGA技術に着目し、その可能性を検討するために研究会を開催した(ミニワークショップ: 次世代物理実験に向けた広帯域データ収集・処理システム: http://alice-collaboration.web.cern.ch/)。
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