2023 Fiscal Year Annual Research Report
Infrastructure of a streaming DAQ for particle experiments
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23H01206
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
五十嵐 洋一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 講師 (50311121)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 智則 大阪大学, 核物理研究センター, 特任研究員 (80612134)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | データ収集 / DAQ / 粒子線計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度においては科研費 20K04005 で開発を行ってきたストリーム型データ収集システムを実用に向けてシステムの改良を進め完成度を高めるとともに、実際の物理実験のデータの取得を行うことを目標に研究開発を進めた。
まず、J-PARC ハドロンホール K1.8BR ビームラインに置かれた J-PARC E50 実験のための検出器群に対しストリーミングデータ収集を適用しデータ収集を行った。この試みによりシステムの問題の洗い出しおよび解決と共にソフトウェアトリガープロセスの汎用化を行った。
次に大阪大学核物理センターのスペクトロメータ Grand Raiden の焦点面検出器の読み出しシステムに対して実際の物理実験を行うためデータ収集システムの開発を行った。ソフトウェアスケーラーの導入やプリスケールされたアンバイアスデータの記録、そしてオンラインモニタ、など通常の処理から枝分かれするようなある程度複雑な構成のデータ収集システムを開発し実験データの収集をおこなった。データ収集は成功し、今までの約40倍の速度でデータを取得することが出来た。
機能的にはストリーミングデータ収集システムのソフトウェアは初段の読み出し部においてタイムフレーム番号をイベント番号と見立てることにより、トリガー型データ収集にも適用可能である。トリガー型読み出しフロントエンドエレクトロニクス(FEE)が稼働している J-PARC E21 COMET 実験で用いられる円筒型ドリフトチェンバー検出器に対しストリーミングデータ収集ソフトウェアの適用を試みた。FEE 読み出しプログラムの開発を行い、タイムフレーム番号の代わりにイベント番号を使用することで、特に問題なく高速にデータ収集出来ることを確かめることが出来た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
開発しているストリーミング型データ収集システムについて、最低限必要とされる全ての機能、フロントエンドエレクトロニクスの読み出し、時間によるデータの切り出し、全ての機器からの時間単位のデータの収集しひとまとめにする処理、ひとまとまりのデータから興味あるイベントの抜き出し、そしてデータの記録処理、そしてそれらすべての制御までの実装を行うことが出来た。そのシステムを実際のスペクトロメーターや幾つかの検出器群の読み出しおよび物理計測に適用を行い、うまく稼働する実績を積むことが出来た。これらを持ってこのストリーム型データ収集システムは一応の実用段階に到達したといえる。
この状況をもって研究は次の段階の複雑なプロセス構成、多数のプロセスの動作、多数の計算機を使った大規模分散処理等に進むことが出来る。さらには次なる目標であるデータ収集システムの基盤化についても一歩進めることが出来る。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発しているストリーム型データ収集システムの次の課題は複雑なプロセス構成、多数のプロセスが動作している状況での動作検証、問題の洗い出し、ログシステムの開発、そして高レベルトリガーの実装である。
現状でかなり複雑なプロセス構成でデータ収集が可能になっているが、次の目標である高レベルトリガーの実現には1000プロセスほどのトリガープロセスの動作が必要である。それらに向けてデータ収集システムの構成の後段に高レベルトリガーの導入を行う。そこでは多数の高レベルトリガープロセスがワーカープロセスとして粒子識別や飛跡トラッキングなどの高度な解析処理を行いイベントの弁別を行うことになる。そのための開発を行い、システムパフォーマンスの評価、実用に必要な計算力などを見積っていくことを計画している。
また、現状では多数のプロセスがそれぞれ動作ログを出力しているが、それらを束ね問題の追跡が出来る様なログシステムの開発も行って行く予定である。これらを開発しながら検出器システムに適用を行い、問題の洗い出しと解決を進めていく。
それと並行して、J-PARC ハドロン施設で複数の実験で共用に使用できるトリガー計算機ファームの構築を行って行く予定である。研究の経過を観ながら要求される計算機アーキテクチャ、CPU でいくのか、GPU を入れるのか、FPGA ベースのアクセラレータを導入するのかを検討し、構築を行って行く予定である。
また、開発しているストリーム型データ収集は実用的になってきた。これらについてドキュメンテーション、パッケージングを進め、広く粒子線計測でのデータ収集システムとして使われるような基盤化を目指していく。
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[Presentation] RCNP グランドライデンでの連続読み出しDAQ のオンラインフィルタ開発2024
Author(s)
古川史也, 大田晋輔, 小林信之, RYU SUN YOUNG, 白鳥昂太郎, 本多良太郎, 五十嵐洋一, 馬場秀忠, 郡司卓, 堀田智明, 宮部学, 野海博之, 堂園昌伯, J.Cai, 川田敬太, 遠藤史隆, 柴北洋明, C.Lin, 高橋智則, 庄子正剛, 池野正弘
Organizer
日本物理学会2024年春季大会
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[Presentation] J-PARCにおけるチャームバリオン分光実験のための検出器・DAQテストベンチの構築2024
Author(s)
白鳥昂太郎, 五十嵐洋一, 石川貴嗣, 宇田隆佑, 大田晋輔, 小林信之, 佐久間史典, 鈴木翔太, Lin Che-Sheng, 戸田匡哉, 冨田夏希, 野海博之, 橋本直F 林双葉, 本多良太郎, 宮本憲伸, 柳善永, 他J-PARC E50コラボレーション
Organizer
日本物理学会2024年春季大会
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