下一代核仪器及设备标准XTCA刘振安.ppt

2010年8月14日 下一代核仪器及设备标准XTCA 刘振安 下一代核仪器及设备标准XTCA进展 刘振安 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学院高能物理研究所触发实验室 核电子学与探测技术学术年会 2010年8月14日 报告概述 标准化在核与高能物理实验中的重要性 核仪器标准的简史 核仪器研制的现状及研究 xTCA for Physics组织架构 新标准协调委员会CCTS 及工作组 新标准制定现状与未来 仪器标准化在核与高能物理实验中的重要性 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： 宇宙线/放射源 加速器/高能粒子/靶体/探测器 实验装置的运行需要复杂的控制以北京正负电子对撞机和北京谱仪为例 实验装置的运行需要复杂的信号处理与控制 核仪器标准的简史 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 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 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（VXI等） 2000年后CPCI 现在及将来？？ [1] NIM(~’60’s), CAMAC(~’70’s), FASTBUS (~80’s) – CAMAC processed as IEEE , ANSI and IEC standards 核仪器研制的现状及研究标准与技术的演变 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: 高速处理芯片4Gsps 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3-10Gbps 需要新的标准 电信必威体育精装版标准简介 电信领域大多数基于CPCI、VME总线的处理器系统，总线带宽已经成为制约系统处理能力的瓶颈。 VME64X的总线带宽为320Mb/s，已经不能满足要求高吞吐量、低延迟的系统。随着对更高系统带宽、总线速度、实时性、系统可靠性、温度范围、散热及更小空间等方面越来越高的要求，迫切需要一种新的运算架构来满足信号处理的需求。 PICMG协会成立了一个ATCA委员会，该委员会由代表了工业和电信设备制造商及终端用户的105个公司组成，其目标是建立、修改并计划在2002年底发布新的规范——ATCA。经过12个 月的奋战，PICMG3.0规范——先进的通讯计算机构架（ATCA）如期发布。 后来，低成本、小尺寸的应用，PICMG协会又在ATCA构架的基础上提出了MicroTCA构架，该技术在2006年逐渐成熟，吸引着越来越多人的目光。 ATCA的系统构成 ATCA的系统构成 Blades（刀片模块） ATCA背板（Back plane） 散热系统 ATCA模块的功率大，其机箱设计具有优良的散热性能，它的散热由位于机箱上方的两片Control Blade控制，如左图所示。 高速通信 ATCA设计的重要优势之一就是它出色的通信速率，可以达到数GB量级。 PICMG 3.1-3.5标准中定义了5种通信方式：千兆以太网和光纤传输 ；InfiniBand，StarFabric，PCI-E，RapidIO。 发展迅速 2002年，发布基本规范； 2003年，发布背板连接技术(光纤交换)的扩展； 2006年，面市。 核仪器新标准是什么 ATCA 优点 高速IO及互连10Gb/s 高可用性HA ~99.999% 智能管理 MicroTCA (MTCA) ATCA的优点 半高度 AdvancedMC（AMC） 小插板 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 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 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