技术标准制定的相关介绍

• AdvancedMC（AMC）
– 小插板
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高能所：高性能节点计算机的设计
– High Performance Compute Power: • 5x (Virtex-4 FPGA + 2Gb DDR2) – ~32Gbps Bandwidth
• MTCA缺点：
• AMC缺点：
制定新标准：xTCA for Physics
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2009年4月21日
xTCA for Physics 大事
• 2007年5月 在FNAL第一次ATCA workshop • 2007年5月 IEEE RT07 ATCA 专题
高能所设计的基于ATCA和FPGA的高性能处理板 xTCA for Physics技术标准的制定 刘振安 9
国际上其它实验室的相关研究
• 德国DESY在 XFEL 1 km 电子直 线加速器领先设计 (~1/20th an ILC)
– LLRF, 连锁保护，束线仪器 – ATCA + MicroTCA
• 需要新的标准
2009年4月21日
通用插件
专用总线
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205Gb/秒 同步传输
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新标准是什么
• ATCA
– 优点
• 高速IO及互连10Gb/s • 高可用性HA ~99.999% • 智能管理
高能物理实验借鉴？
• MicroTCA (MTCA)
– ATCA的优点 – 半高度
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标准化在核与高能物理实验中的重要性
物理学研究的两个前沿
• 肉眼观察研究：
– 光源/光线/物体/眼睛
• 宏观研究：
– 宇宙线/探测器
• 微观研究：
– 加速器/高能粒子/靶 体/探测器
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标准与技术的演变
• 标准是有寿命的，但其 演化要缓慢温和
– 物理实验中的标准已经有 些过时，但很多系统却仍 然在使用 – 微电子工业的巨大进展需 要新的平台来展现他的优 点,目前的平台已不适应:
• 集成电路的功能已经把 原来插件完成的功能在 一片可变成逻辑器件 FPGA中实现 • 片上处理器提供了可变 成控制和并行数据处理 能力 • 通用硬件设计配以不同 的固件得以实现多种功 能设计 • 片上串并/并串转换能力 丢弃了背板总线的需求
– 核谱测量、粒子物理、医学物理、加速器仪器、加 速器控制、航空航天、工业控制等
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美国原子能委员会的研究显示这些标准在65-85年 间节省资金 $1B
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目前这些标准仍在使用，但显局限性
90年代借用工业标准VME 2000年后CPCI
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现在及将来？？
[1] NIM(~’60’s), CAMAC(~’70’s), FASTBUS (~80’s) – CAMAC processed as IEEE , ANSI and IEC standards
• 13x RocketIO to backplane • 5x Gigabit Ethernet • 8x Optical Link
– 2 Embedded PowerPC in each FPGA
• Real time Linux
– ATCA compliant – 完成第二板
2009年4月21日
• 高数据产生率（>500Gbps） • 解决办法ATCA/MTCA？
– HA ~99.999% – 波特率 10Gbps
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谁在用ATCA？
IHEP
2009年4月21日
xTCA for Physics技术标准的制定 刘振安
• SLAC 开始评估用MTCA对3km电 子Fra Baidu bibliotek线加速器进行更新
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xTCA for Physics技术标准的制定 刘振安
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展望未来的下一代需求
• 下一代加速-国际直线对撞机 (ILC)要求
– 高可用率（high availability)
物理过程
粒 子
微弱电信号
触发判选 前端电子学
放大、成形
探测装置
模／数 转换
DAQ／ 在线处理
慢控制
数据 存储
•标准化的谱仪控制设备 •标准的控制机箱 •标准的控制插件
离线 分析
2009年4月21日
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电子学标准的重要性、历史、现状
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英国卢瑟福实验室于1960年代开创核电子学的标 准 欧洲核子研究中心CERN和美国实验室同期开展 美国国家标准局和核仪器插件委员会建立了NIM 标准 70-80年代建立了另2个标准CAMAC，FASTBUS， 并被研究领域得到广泛应用
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Why xTCA
• ATCA 缺点：
– – – – – – – – – – – – – 高8U，不适合控制用 没有后插板 没有定义子板及信号 没有定义后插板（HA） 没有控制信号… 没有后插板 没有定义子板及信号 没有定义后插板（HA） 没有控制信号… 互联？ 控制信号 信号管脚定义 …
加速器的运行需要复杂的控制
以北京正负电子对撞机为例
同步辐射 北京 谱仪 电子 储存环 束测线 直线加速器
1984.10-1989。7
•标准化的加速器控制设备 •标准的控制机箱 •标准的控制插件
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实验装置的运行需要复杂的信号处理与控制
xTCA for Physics 技术标准的制定
刘振安 中国科学院核探测技术与核电子学重点实验室 学术报告会 2009年4月21日
报告概述
• • • • • 标准化在核与高能物理实验中的重要性 电子学标准的重要性、历史、现状 标准和技术的演化 xTCA for Physics组织架构 CCTS 及工作组