Pracoviště pro vývoj FPGA karet

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Pracoviště pro vývoj FPGA karet"

Zbyněk Vítek
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Pracoviště pro vývoj FPGA karet Martin Bodlák 1 Úvod do problematiky COMPASS je mezinárodní experiment z oboru fyziky elementárních částic běžící na urychlovači SPS (Super Proton Synchotron) v CERN (Ženeva, Švýcarsko). Název tohoto experimentu je zkratkou slov COmmon Muon and Proton Apparatus for Strucrure and Spectroscopy. Byl navržen v roce 1996, schválen v CERN v roce Technicky byl spuštěn v roce 2000, v roce 2002 začal fyzikální běh, tedy i sběr dat (data acquisition, DAQ). COMPASS je experiment s pevným terčem svazek urychlených částic je přiveden k nepohyblivému terči složenému z vhodného materiálu. Za terčem jsou umístěny detektory, které sledují a identifikují částice, které vzniknou při interakci částic ze svazku s atomy terče. Detektory experimentu jsou umístěny na francouzské straně výzkumného střediska v Prevéssinu. Na experimentu COMPASS se podílí řada univerzit a výzkumných ústavů z více než 10 států; členy české skupiny jsou i pracovníci a studenti z FJFI ČVUT, MFF UK a z TUL. Sběr dat (DAQ) z detektorů na experimentu COMPASS je zajišt ován zastaralým hardwarem i softwarem (nedochází k pravidelné aktualizaci, některé části jsou až 10 let staré). Kvůli tomu často dochází k problémům se sběrem dat a k mrhání svazky přicházejících částic. Zastaralý hardware je totiž v dnešní době již skoro nemožné sehnat. Navíc software momentálně používaný na experimentu COMPASS byl vyvinut pro úplně jiný experiment a následně postupně doupravován pro potřeby COMPASSu. Celý softwarový balík je špatně zdokumentovaný a některé přidané části napsané v různých jazycích nejsou zdokumentované vůbec. Návrh na tvorbu nového hardwaru a softwaru pro sběr dat přišel v polovině roku Návrh počítá s použitím nového moderního hardwaru tzv. programovatelných logických čipů (Field Programmable Gate Array - FPGA) a s vývojem nového monitorovacího a řídícího softwaru. 2 Nové pracoviště pro vývoj a testování FPGA karet Protože je vývoj nového systému pro sběr dat zajišt ován několika institucemi v Evropě, je vhodné uvažovat nad zřízením nového pracoviště v jednom z evropských měst, kde by docházelo k vývoji firmwaru pro FPGA karty a k základnímu testování před většími testy přímo v CERN. Při umístění tohoto nového pracoviště je vhodné zohlednit jeho vzdálenost od stávajících institucí, které se na vývoji nového systému podílí, a vzdálenost od dalších důležitých institucí, které se podílejí na experimentu COMPASS. Jde o následující instituce: 1

Technicky byl spuštěn v roce 2000, v roce 2002 začal fyzikální běh, tedy i sběr dat (data acquisition, DAQ).

2 European Organization for Nuclear Research (Ženeva, Švýcarsko) Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT v Praze (Praha, ČR) Technische Universität München (Mnichov, Německo) INFN Trieste (Terst, Itálie) CEA Saclay (Paříž, Francie) 2.1 Metoda těžiště Polohu nového pracoviště nejprve zkusíme určit metodou těžiště. Souřadnice stávajících zařízení: Ženeva N; 6.15 E Praha N; E Mnichov N; E Terst N; 13.8 E Paříž N; 2.35 E Odtud: x = 1 n ȳ = 1 n n x i = n y i = = = 9.66 Nové pracoviště by se tedy mělo nacházet přibližně na souřadnicích N; 9.66 E, což je místo nedaleko německého Ravensburgu, kde se nachází Univerzita aplikovaných věd (Hochschule Ravensburg-Weingarten). Jednou z výhod této lokace je to, že se nachází v Německu a ne ve Švýcarsku, což je vzhledem k cenovým hladinám v obou zemích přijatelnější (hlavně kvůli ubytování pracovníků). Na druhou stranu je nevýhodou to, že vzdálenost od hlavní instuce (CERN, Ženeva) je téměř 400 km. Pokusíme se tedy dosáhnout toho, aby nové pracoviště bylo blíž Ženevě a to tak, že použijeme metodu váženého těžiště. 2.2 Metoda váženého těžiště V metodě váženého těžiště určíme váhy takto: Ženeva - 5 Praha - 1 Mnichov - 1 Terst - 1 Paříž - 1 2

42 E Mnichov - 48.13 N; 11.57 E Terst - 45.63 N; 13.8 E Paříž - 48.85 N; 2.35 E Odtud: x = 1 n ȳ = 1 n n x i = n y i = 46.2 + 50.08 + 48.13 + 45.63 + 48.85 5 6.15 + 14.42 + 11.57 + 13.8 + 2.35 5 = 47.

3 Odtud: x q = x iq i q i = = ȳ q = y iq i q i = = 8.73 Touto metodou dostaneme lokaci, k níž je nejbližší větší město švýcarský Luzern. Ačkoliv není Švýcarsko pro umístění nového pracoviště příliš lukrativní z důvodu vysoké cenové hladiny v této zemi, na druhou stranu by odpadly případné problémy při převozu karet do Ženevy (clo apod.). Nyní zkusíme odhadnout polohu nového zařízení jiným přístupem. 2.3 Pomocí lineárního programování Budeme hledat souřadnice nového zařízení X = (x, y). Pro každé stávající zařízení P i určíme úroveň kooperace n i s novým zařízením. Zde zohledníme to, že vývoj nového systému pro sběr dat probíhá převážně v Praze a v Mnichově. Tyto úrovně určíme následovně: Ženeva - 2 Praha - 3 Mnichov - 3 Terst - 1 Paříž - 1 Obecně budeme tedy minimalizovat účelovou funkci f(x, y) = n i d(x, P i ) min kde d(x, P i ) je vzdálenost nového zařízení od stávajícího zařízení P i. Při rektangulární metrice dostaneme: f(x, y) = Což můžeme rozložit na: n i ( x x i + y y i ) min f(x) = f(y) = n i x x i min n i y y i min Absolutní hodnoty můžeme upravit: 3

Ačkoliv není Švýcarsko pro umístění nového pracoviště příliš lukrativní z důvodu vysoké cenové hladiny v této zemi, na druhou stranu by odpadly případné problémy při převozu karet do Ženevy (clo apod.

4 f(x) = n i (dx + i + dx i ) min x x i = dx + i dx i i {1, 2, 3, 4, 5} dx + i 0, dx i 0 i {1, 2, 3, 4, 5} f(y) = n i (dy + i + dy i ) min y y i = dy + i dy i i {1, 2, 3, 4, 5} dy + i 0, dy i 0 i {1, 2, 3, 4, 5} Dostáváme tedy 2 úlohy lineárního programování: f(x) = 2(dx + 1 +dx 1 )+3(dx+ 2 +dx 2 )+3(dx+ 3 +dx 3 )+(dx+ 4 +dx 4 )+(dx+ 5 +dx 5 ) min x 46.2 = dx + 1 dx 1 x = dx + 2 dx 2 x = dx + 3 dx 3 x = dx + 4 dx 4 x = dx + 5 dx 5 dx + i 0, dx i 0 i {1, 2, 3, 4, 5} Řešením programem STORM dostaneme x = f(x) = 2(dy + 1 +dy 1 )+3(dy+ 2 +dy 2 )+3(dy+ 3 +dy 3 )+(dy+ 4 +dy 4 )+(dy+ 5 +dy 5 ) min y 6.15 = dy 1 + dy 1 y = dy 2 + dy 2 y = dy 3 + dy 3 y 13.8 = dy 4 + dy 4 y 2.35 = dy 5 + dy 5 dy + i 0, dy i 0 i {1, 2, 3, 4, 5} Řešením programem STORM dostaneme y = Dostáváme tedy místo se souřadnicemi N; E, což je Mnichov. 4

13 = dx + 3 dx 3 x 45.63 = dx + 4 dx 4 x 48.85 = dx + 5 dx 5 dx + i 0, dx i 0 i {1, 2, 3, 4, 5} Řešením programem STORM dostaneme x = 48.13. f(x) = 2(dy + 1 +dy 1 )+3(dy+ 2 +dy 2 )+3(dy+ 3 +dy 3 )+(dy+ 4 +dy 4 )+(dy+ 5 +dy 5 ) min y 6.

5 3 Nové nebo stávající pracoviště Nyní můžeme uvažovat o tom, kam pracoviště pro vývoj FPGA karet umístit. Bud můžeme použít stávající pracoviště a rozšířit jej (Ženeva, Praha, Mnichov, Terst, Paříž) nebo vytvořit nové (Ravensburg, Luzern). Pracoviště budeme hodnotit podle následujících kritérií: Úroveň stávajících zařízení (ÚSZ) Cenová hladina v zemi (CH) Prostředí pro vědeckou činnost (PV) Celková vzdálenost od stávajících zařízení (VZD) - Ženeva Praha Mnichov Terst Paříž Raven. Luzern - ÚSZ max CH min PV max VZD min Tabulka 1: Hodnoty jednotlivých kritérií - Ženeva Praha Mnichov Terst Paříž Raven. Luzern ÚSZ CH PV VZD Tabulka 2: Normalizované hodnoty jednotlivých kritérií Hodnoty jednotlivých vah kritérií určíme pomocí bodovací metody. Krit. Body Váha ÚSZ CH PV VZD Tabulka 3: Odhad vah kritérií A určíme hodnotu pro každé město: Ženeva z 1 = Praha z 1 = z 2 =

Pracoviště budeme hodnotit podle následujících kritérií: Úroveň stávajících zařízení (ÚSZ) Cenová hladina v zemi (CH) Prostředí pro vědeckou činnost (PV) Celková vzdálenost od stávajících zařízení

6 Mnichov z 2 = z 3 = z 3 = Terst z 4 = z 4 = 0.44 Paříž z 5 = z 5 = Ravensburg z 6 = z 6 = 0.4 Luzern z 7 = z 7 = Dle tohoto postupu je tedy ideální varinatou rozšíření pracoviště v Mnichově. 6

365 Ravensburg z 6 = 0.357 0 + 0.322 0.42 + 0.071 0.5 + 0.25 0.919 z 6 = 0.4 Luzern z 7 = 0.357 0 + 0.322 0 + 0.

Podobné dokumenty

Zřízení kontrolní místnosti

Zřízení kontrolní místnosti Martin Bodlák FJFI 20 1. Informace o projektu 1. Úvod do problematiky 2. Motivace 3. Nová kontrolní místnost 2. Analýza projektu 1. Použité zdroje 2. Činnosti 3. Začátky, konce