FE, DAQ and DCS meeting

Europe/Moscow

Совещание состоялось 23-го сентября, https://indico.jinr.ru/event/2447/


1. Предложение по интеграции FE и DAQ / Vyacheslav Tereschenko (JINR, LNP)

 * Представлены возможные варианты протоколов для связи между компонентами DAQ и FEE:

  1. UCF (Unified Communication Framework): протокол, который использует COMPASS. Базируется на
     ЦЕРН-овском сетевом протоколе IPBus.

  2. e-link: протокол, предназначенный для соединения между чипом гигабитного приемопередатчика
    (GBTX) и интерфейсными интегральными схемами (FE). Используется в экспериментах LHC. Более
    простой протокол, чем UCF.

 * Текущие варианты FEE для детекторов SPD:

  1. Straw tracker: VMM3. Нужна FPGA для загрузки параметров VMM3 и для поддержки протокола
     передачи данных (UCF или e-link).

  2. ECal: digitizer ADC64ECAL от Базылева. Потребляет 0.28 Вт/канал. Требует мощной системы
     охлаждения. Использует IP протокол для передачи данных.
     Можно попробовать заменить на аналог HGCROC. HGCROC используется для ECal/CMS (под запретом
     на ввоз в РФ). HKROC - это не радиостойкий аналог HGCROC, который сейчас разрабатывается
     для Hyper-Kamiokande (HK). Потребление энергии на 2 порядка меньше, чем у электроники
     Базылева. Протокол передачи данных - e-link.

  3. TOF: предусилитель в принципе отсутствует (NINO или CFD), цифровая часть - PicoTDC (уже
     в процессе закупки Базылевым для Ники). Протокол передачи данных - e-link.

  4. Range system: аналоговая часть - Ampl-8, цифровая часть - ПЛИС/FPGA Xilinx/Artix7,
     192 ch/boards VME. Возможен протокол передачи данных UCF или e-link.

 * Все микросхемы LpGBT и GBTX являются радиационно стойкими, поэтому не доступны для импорта
   в РФ. Поэтому в МИФИ была заказана специализированная интегральная микросхема (СИМС) HUB v1.
   Заказчик С.Мовчан (MPD), исполнитель Э.Аткин (МИФИ). Тестирование чипа должно быть закончено
   в конце этого года.

 * Необходимо провести оценку потока данных с детекторов с учетом шумов. В существующей оценке
   предполагался чистый сигнал 20 GB/s (несколько килобайт на событие), что очень мало. Радиационная
   карта SPD: https://indico.jinr.ru/event/1969/contributions/11940/attachments/9430/15081/dose.pdf


2. Перепроектирование TCS/COMPASS для нужд DAQ/SPD / Andrei Antonov (SPBPU) et al.

 * TCS (Timing & Control System) - пилотный проект группы в SPD. Группа состоит из 4-х человек и
   представляет лабораторию промышленных систем потоковой обработки данных Санкт-Петербургского
   политехнического университета Петра Великого.

 * TCS/COMPASS не подходит для SPD, так как проектировалась под триггерную систему. Кроме того,
   нет технической поддержки (И.Коноров отказался). Пожелания к новой TCS: (1) по возможности
   повысить производительность и (2) использовать новое "железо".

 * Первый шаг - проектирование и производство кодировщика (encoder), который должен быть
   совместимым с TCS/COMPASS. В качестве аппаратной платформы будет использоваться Xilinx Artix-7.
   Плата представляет собой стандартную SOM (system on module) и, кроме кодировщика, будет также
   включать в себя контроллер TCS. От стоек VME решено отказаться в пользу 19" стоек со
   стандартным 220В питанием.

 * В планах группы закончить проектирование кодировщика к концу этого года и начать тестирование
   в начале следующего. Для более эффективной работы нужно будет приехать в ОИЯИ и опробовать
   новую электронику например на Straw/miniSPD. Также нужно будет организовать экскурсию в
   тестовую зону (А.Балдин).

 * К вопросу о радиационной устойчивости TCS (М.Алексеев). Модули TCS/COMPASS, которые планируется
   заменить, не являются радиационно стойкими, но никаких проблем, связанных с рад. фоном, за время
   работы COMPASS замечено не было.


3. Текущий статус DAQ / Leonid Afanasyev (JINR, LNP)

 * Представлена модифицированая концепция буферизации на выходе DAQ (на входе в online фильтр):

  1. Концепция CDR. Данные собираются на 20-ти компьютерах (readout computers) и обединяются в
     слайсы. После этого, через коммутатор (switch), данные идут в онлайн-компьютеры, где они
     группируются по времени в chunks и хранятся на диске. Там же будет работать online фильтр.

  2. Новое предложение. Уровень онлайн-компьютеров разбивается на два:
      
     (1) Builder компьютеры, которые только формируют chunks. Как и readout компьютеры - это
         бездисковые компьютеры с большим объемом оперативной памяти.

     (2) Дисковый буфер, куда переправляются chunks для временного хранения (~сутки). Там же
         будет работать online фильтр.

 * Предложение А.Чепурнова: не плодить компьютеры, а перейти на многоядерные серверы.  


4. Разработка архитектуры DAQ SPD на основе технических решений высокоскоростного интернета,
   телекоммуникаций и волоконной оптики / Alexander Chepurnov (MSU) et al.

 * Сама идеология DAQ c использованием слайсов и фреймов для разбиения данных удобная и современная.
   В целом архитектура DAQ SPD вопросов не вызывает. То, что предлагается заменить:

   1. Протоколы и интерфейсы между уровнями системы.

   2. Аппаратную реализацию slice (frame) builder.

 * Полезные вещи, которые предлагается взять от телекоммуникационных устройств:

   1. OTN (Optical Transport Network) протокол мультиплексирования разнородных телеком протоколов.
      Концентраторы FE электроники должны соответствовать этим протоколам.

   2. OTN коммутаторы.

   3. DWDM(Dense Wavelength-Division Multiplexing) механизм уплотнения оптических линий связи.

   4. Программно-аппаратная реализация slice builder, платформа TBD like-UDHsw со «стандартными»
      оптическими интерфейсами.

 * Открытый вопрос (дискуссия): на каком уровне DAQ может появится протокол OTN? После
   концентраторов, до концентраторов использовать e-link (В.Терещенко). На уровне FE плат
   вообще могут быть свои нестандартизованные форматы (М.Алексеев). В принципе, ответ может
   зависеть от детектора, его загрузки данными и рад. фона.


5. Текущий статус системы управления тестовой зоны для эксперимента SPD коллайдера NICA  / Alexander Chepurnov (MSU) et al.

 * Архитектура представляет собой трехуровневневою систему. Верхний уровень (софтверный) -
   WinCC OA-сервер, база данных, видеосервера, пользовательский интерфейс. Средний уровень -
   программируемые логические контроллеры (ПЛК или PLC). Нижний уровень - аппаратная реализация
   (сенсоры).

 * Примеры работающих на сегодняшний день систем в тестовой зоне:

  - Установлен и работает сервер WinCC OA. Девелоперская часть софта находится на серверах в НИИЯФ.

  - Работа над системой управления газовой станцией закончена. Ей можно управлять с помощью
    сенсорной панели в шкафу, а можно с помощью WinCC на компьютере. Поставили баллоны, подключили
    газ, всё уже работает.

  - Система управления передвижения внутренней мишенью ионопровода также находится в высокой
    степени готовности, но тестируется пока на столе.

   - Система контроля термометрии полностью в рабочем состоянии.

 * Показаны два способа подключения CANopen устройств к WinCC ОА.

 * В тестовой зоне полностью развернута система управления высокого уровня. Большей частью
   реализован средний уровень. С нижним уровнем много задержек из-за строительных работ в зале.

 * Комментарий А.Балдина: Вероятность получить пучок в тестовой зоне MARUSYA в этом году крайне
   малая. Даже если работы на Нуклотроне закончатся вовремя и будет пучок, мишенную станцию
   поставить не успеют. Надо быть готовым, но реально стоит ориентироваться на следующий год.


6. Текущий статус стенда miniSPD и работы по VMM3  / Temur Enik (JINR, LHEP)

 * Стенд miniSPD включает в себя прототипы детекторов, которые позднее будут работать в самом SPD:
   кремниевые стриповые детекторы, трубки Straw, несколько модулей ECal, GEM детекторы (не в SPD).
   Стенд работает на космике. В частности, изучалось пространственное разрешение Straw.

 * Также на стенде апробируется система DCS, написаная на TANGO. Описание DCS было представлено
   К.Саламатиным на предыдущем совещании 29 апреля.

 * Единственная микросхема, которая одновременно может регистрировать время (точность 1 нс) и заряд
   Straw и доступна на сегодняшний день - это VMM3 (64ch, цена за чип 50$). Для тестов в ОИЯИ
   используется плата, разработанная для эксперимента Mu2e.

 * В ноябре этого года на выведенных пучках в ЦЕРНе планируется провести измерения характеристик
   Straw с VMM3-электроникой, разработанной коллаборацией RD51. До данного момента эта электроника
   использовалась (и разрабатывалась) для GEM.

There are minutes attached to this event. Show them.
    • 10:00 10:30
      Предложение по интеграции FE и DAQ 30m
      Speaker: Vyacheslav Tereschenko (JINR, LNP)
    • 10:30 11:00
      Перепроектирование TCS/COMPASS для нужд DAQ/SPD 30m
      Speaker: Andrei Antonov (SPBPU)
    • 11:00 11:30
      Текущий статус DAQ 30m
      Speaker: Leonid Afanasyev (JINR. LNP)
    • 11:30 12:00
      Разработка архитектуры DAQ SPD на основе технических решений высокоскоростного интернета, телекоммуникаций и волоконной оптики 30m
      Speakers: Alexander Chepurnov (MSU) , Alexei Nikolaev (MSU) , Danil Gribkov (MSU)
    • 12:00 12:30
      Текущий статус системы управления тестовой зоны для эксперимента SPD коллайдера NICA 30m
      Speakers: Alexander Chepurnov (MSU) , Alexei Nikolaev (MSU) , Danil Gribkov (MSU)
    • 12:30 13:00
      Текущий статус стенда miniSPD и работы по VMM3 30m
      Speaker: Temur Enik (Russia)