ATLAS Level 1 Trigger, Jet/Energiesummen-Module LHC, ATLAS-Detektor Triggersystem Jet/Energiesummen-Modul (JEM) Testmessungen Zusammenfassung 1.) Meine Arbeit.Software und Hardware am JEM. Stefan Rieke, Johannes Gutenberg-Universität, rieke@uni-mainz.de

Large Hadron Collider(LHC) Proton-Proton Speicherring am CERN/Genf Schwerpunktsenergie: Umfang Beschleuniger : Luminosität : Strahlkollisionsrate : CERN LHC, Umfang Schwerpunktsenergie, Lumi, Kollisionsrate Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 ATLAS-Detektor Muon Detectors Toroidal Magnets Solenoidal Magnet Technische Daten: Länge: 42m Höhe: 22m Gewicht: 7000t Auslesekanäle: 108 Hadronic Calorimeters Electromagnetic Calorimeters Inner Detector Solonoid Magnet Kaloriemeter Torodial Magnet Muonsystem Inner Detector Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Wirkungsquerschnitte am LHC Bunch crossing rate: 40 MHz Physikalisch interessante Ereignisse im Vergleich zu Untergrund extrem klein: weniger als eines in 108 Ereignissen Motivations des Trigger. 1.) Trigger soll Backround unterdrücken 2.) Soll das Physiksignal effizient selektieren Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 ATLAS-Triggersystem Level-1 (Hardware-Stufe) aufgeteilt in Myon- und Kalorimeter Trigger Eingangsdaten Kalorimeter Trigger: Analoge Energiesummen aus den Kalorimetern in Dh × Dj = 0.1 × 0.1 Triggerentscheidung innerhalb von maximal 2 µs  Hardware-Implementation Ereignisrate muss von 40 MHz auf 75 kHz Triggerrate reduziert werden Generierung des Level-1 Triggers (L1-Accept) mit Hilfe von physikalischen Signaturen (Cluster, Jets, Energie usw.) aus einem Ereignis Koordinaten der jeweiligen Signaturen werden als „Region of Interest“ (ROI) an das Level-2 Trigger System weitergegeben Level-2/3 (Software-Stufen), Rechnerfarmen <10 kHz Eingangsdaten, Rate 40MHz ~300 MB/s Daten-Speicherung 1,5 MByte/Ereignis Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Kalorimeter-Trigger-Übersicht Signale werden zu 0.1 0.1 bins ausummiert und PPR zur verfügung gestellt. Hinter ppr nur noch digitale signale (Zeigen) CP: Cluster Prozessor, Teilchenindetifikation , Photon Hadron CP braucht höhere Granularität, aufgrund der kleinenren ausdehnung der schauer von Photonen und Elektronen JEP: Jet energiesummenprozessor Triggerentscheidung wird vom CTP: Centraller Trigger Prozessor gefällt Daraufhin werden die Daten weitergeleitet LVL2 und DAQ Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Jet/Energiesummen Prozessor Energy-sum Jet CPU1 CPU2 JEM CMM TCM JEP 2 Crates 16xJEMs, 2xCMM, 1xTCM, 1xCPU CMM Common Merger Modul: Sammelt die Daten von den 16 JEMs und leitet sie komprimiert weiter. TCM Timing Control Modul: Steuert den zeitlichen Ablauf der Module im Crate und sendet Kommandos zu den Modulen im Crate (z.B.: L1A). Nicht vergessen Überlapp erklären wegen JEM Algorithmus Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Zuordnung der Eingangskanäle Prozessierter Datenbereich: 11 × 7 (j × h) Z W H j G Kerngröße: 8 × 4 (j × h) F E Vom PPr duplizierte Bereiche D C Duplizierte Bereiche von benachbarten JEMs B A HCAL V ECAL HCAL ECAL 1 2 3 4 h Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Jet/Energiesummen-Modul (JEM) G-Link-Modul Eingangs-Module Sum-Prozessor Jet-Prozessor Backplane (2mm CompactPCI, 576 Pins) TTCdec CanController Flash Card Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Eingangs-Prozessoren Daten zum linken und rechtem JEM JEM, Datenpfad Eingangs-Prozessoren G-Link-Modul Sum-Prozessor RoI LVL2 88 LVDS Verbindung vom PPM DAQ Daten zum linken und rechtem JEM (165 Signale) Nicht vergessen, das Playbackmemory zu erwähnen Daten von benachbarten JEMs Jet-Prozessor Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 Tests Standalone Tests in Mainz Werden die Daten einwandfrei auf dem Modul verarbeitet? Funktioniert die Kommunikation auf dem Modul zwischen den einzelnen Prozessoren? Werden die prozessierten Daten richtig weitergeleitet (L2, TDAQ)? Integrationstest am RAL Funktioniert die Kommunikation der verschiedenen Module untereinander? Läuft das JEM synchron zu den anderen Modulen Werden die prozessierten Daten zu den anderen Modulen richtig weitergesendet? Teststrahlmessungen am CERN Wie verhält sich die Kalorimeter-L1-Triggerstufe unter realitätsnahen Bedingungen? Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Ansteuerung des JEM via HDMC Status JEM Jeder FPGA kann einzeln programmiert werden. Statusanzeige aller FPGAs Laden verschiedener Konfigurationsdateien Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Steuerung des JEM, ATLAS Online Software Offizielle ATLAS Online Software (TDAQ). Aufgaben der Online Software: Konfigurieren Kontrollieren Überwachen von Sub-Komponenten Über die Online Software laufen keine echten Physik-Daten. Wir (Mainz) müssen ein Software Modul zur Verfügung stellen, mit dem auf das JEM zugegriffen werden kann. Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 Online Software Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 Mainz Teststand JEM CPU TCM Crate Rack Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Playback filled via VME Tests in Mainz Playback filled via VME JEM DSS DSS Daten können auf zwei Wege in das JEM gelangen: Playback Memory DSS Module (DataSinkSource) Mit dem zweiten DSS-Module (links) wird die Stabilität der G-Link Verbindungen überprüft. Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 Tests am RAL CMM 2xJEM CMM Test des JEMs mit anderen Komponenten vom L1-Trigger. Hier zwei Merger Module (CMM), die die Information der gefundenen Jets und der deponierten Energie im Kalorimeter sammeln. Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 Teststrahlmessung Idee der Teststrahlmessung: Erfahrungen für die Inbetriebnahme des ATLAS-Detektors sammeln. Testen und Verifizieren der Prototypen unter realitätsnahen Bedingungen. Gemeinsame Auslese aller Subdetektorkomponenten. Das erste und einzige Mal, das die L1-Kalorimeter-Triggerstufe im Teststrahl mit 40 MHz Ereignissrate getestet wird. Erst am Ende der Teststrahlmessung wird die Massenproduktion der L1-Kalorimeter-Trigger Komponenten gestartet. Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 Teststrahlmessung Pixels & SCT TRT LAr Cryostat Tilcealmodules Muon chambers Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Teststrahlmessaufbau Stefan Rieke Maria Laach September 2004

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 Zusammenfassung Das JEM ist eine sehr wichtige Komponente des ATLAS Experimentes mit vollgender Aufgabe: Auffinden von Jets Bestimmung von ET Eigenschaften des JEMs: Analysieren der Daten ohne Totzeit Die Daten werden rein Digital verarbeitet. Aufwendige Tests während der Entwicklung sind nötig, um eine einwandfreie Integration des JEMs in den L1-Kalorimeter-Trigger zu gewährleisten. Wenn die Teststrahlmessungen im Sept. Okt. Erfolgreich sind: Vergleich der gemessenen Daten mit Monte-Carlo-Studien. Stefan Rieke Maria Laach September 2004