Eksperyment w Wielkim Zderzaczu Hadronów na szybkiej ścieżce
W przeprowadzanych w LHC eksperymentach dwie wiązki cząsteczek, przemieszczające się z bardzo dużą prędkością, zderzają się, odtwarzając warunki panujące w kosmosie po Wielkim Wybuchu. Naukowcy mają nadzieję dostrzec w tych "małych wybuchach" nowe cząsteczki i uzyskać tym samym nowe informacje o kosmosie. Szukają oni nowej fizyki wychodzącej poza model standardowy, czyli teorię wymyśloną w latach 70. w celu wyjaśnienia interakcji cząstek subatomowych. Energie zderzeń mające osiągać w przyszłości 14 teraelektronowoltów zwiększą złożoność skutecznej i prowadzonej w czasie rzeczywistym selekcji rzadkich zdarzeń, która obecnie prowadzona jest z użyciem kalorymetrów i detektorów muonów. W tym świetle projekt "'Accurate real-time tracking in LHC full events" (ARTLHCFE) proponuje znaczne ulepszenia procesora FastTracker. Ten dedykowany procesor sprzętowy może prowadzić precyzyjną rekonstrukcję ścieżek, którymi poruszają się cząstki w całym detektorze ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus). Czasochłonne rozpoznawanie wzorów jest oparte na technologii pamięci asocjacyjnej i obliczeniach równoległych. Wzory wykryte w danym zdarzeniu są porównywane ze wszystkimi wcześniej wyliczonymi wzorami w celu wskazania potencjalnych ścieżek. To podejście ogranicza złożoność algorytmów do postaci problemu linearnego. Nowa technika oparta na zmiennej rozdzielczości opracowanej w projekcie ARTLHCFE pięciokrotnie zwiększa efektywność pamięci asocjacyjnej. Procesor FastTracker składa się z tysięcy kości pamięci asocjacyjnej pozwalających rekonstruować ścieżki cząstek z prędkością ponad 100 kHz. Selekcja dopasowanych wzorów jest w dalszym stopniu upraszczana przy użyciu wcześniej wyliczonych stałych dopasowania i przetwarzania sygnałów cyfrowych w bezpośrednio programowalnych macierzach bramek (FPGA). Do formatowania danych i dopasowania ścieżek wykorzystano około tysiąc FPGA wykonujących do miliarda dopasowań na sekundę. Zaraz po tym, jak pierwsze układy FastTracker stały się dostępne, zbudowano z nich detektor ATLAS w celu ich przetestowania. Pozwoliły one pomyślnie obliczyć parametry wszystkich ścieżek w danym zdarzeniu i zastosować ograniczenia jakościowe w czasie krótszym niż 100 ms. Naukowcy pracujący w projekcie ARTLHCFE szukają teraz zastosowań poza fizyką wysokich energii — w badaniach mózgu.
