Heterogene Systeme als Schlüsseltechnologie zur Tb/s-Datenakquisition in der Physik
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Heterogene Systeme als Schlüsseltechnologie zur Tb/s-Datenakquisition in der Physik
Moderne Experimente der Physik sind hochkomplex, werden von internationalen Forscherteams über den Verlauf potenziell vieler Jahre erdacht, umgesetzt, durchgeführt und ausgewertet. Der Erfolg von Experimenten ist schon immer abhängig von der Genauigkeit und Qualität der zugehörigen Messeinrichtungen. Dies gilt heute unverändert, allerdings ist die Instrumentierung um ein Vielfaches komplexer geworden. Viele Komponenten der Experimente einschließlich der Datenerfassung sind hoch spezialisierte Eigenentwicklungen, um den Anforderungen überhaupt gerecht werden zu können und bewegen sich am Rande der technischen Machbarkeit. Dieser Vortrag eröffnet einen Einblick in diese Welt, zeigt auf, wo die Herausforderungen liegen und gibt einen Ausblick auf Datenakquisitionssysteme der nächsten und übernächsten Generation in Großexperimenten. Als konkretes Beispiel soll in diesem Vortrag vor allem der in der Entwicklung befindliche Level-1 Track Trigger des Compact Muon Solenoid (CMS) Experiments am Large Hadron Collider (LHC) des CERN dienen. Nach dem Upgrade zum High-Luminosity LHC (HL-LHC) wird dieses System in der Lage sein, eine Rekonstruktion der Teilchenspuren in Echtzeit vorzunehmen. Bei einer Ereignisrate von 40 Millionen pro Sekunde entstehen alleine im Silizumdetektor mehrere Hundert Terabit pro Sekunde, die kontinuierlich verarbeitet werden, mit dem Ziel zu entscheiden, ob sich für die Analyse relevante Ereignisse in den Daten befinden. Im Ergebnis steht eine erhebliche Datenreduktion auf ein für Rechenzentren handhabbares Maß. Ermöglicht wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit durch eine enorme Parallelität, eine hochoptimierte Datenverarbeitung und den Einsatz modernster und für das Experiment spezifisch entwickelter Elektronik.
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