LHC/CMS 1 - Exploring FPGA data processing solutions at the detector level for the future high luminosity phase of the CMS | BEAMS

LHC/CMS 1 - Exploring FPGA data processing solutions at the detector level for the future high luminosity phase of the CMS

Project information
Project type: 
Master thesis
Academic year: 
2015-2016
Status: 
Running
Research unit: 
Embedded electronics
BEAMS supervisors
Academic promoter
Supervisor
External supervisors
Gilles De Lentdecker
Academic promoter
Student(s)
Hugo De Witte

Qui ne connaît le LHC (Large Hadron Collider), l'accélérateur de particules du CERN qui a permis de valider l'existence du boson de Higgs? Le projet "haute luminosité" a pour but d'accroître la luminosité (performance) du LHC d'un facteur 10 par rapport à sa valeur nominale d'ici à 2020. L'ULB travaille à ce projet via l'Institut Interuniversitaire des Hautes Energies (IIHE) et le Prof. Gilles de Lentdecker, qui propose ce MFE en collaboration avec l'équipe BEAMS "électronique embarquée" vu son sujet centré sur les FPGA.

L'objet du projet est de participer au développement du système électronique d’acquisition de données (= système de mesure des particules résultant des collisions) pour les nouveaux détecteurs qui seront installés d’ici 2018 dans l’expérience CMS du LHC. Ce système réalise non seulement les mesures mais est aussi responsable de la sélection en temps réel des collisions « les plus intéressantes » de l’expérience ("tracking"). Cette électronique, développée par l’ULB, est basée sur l’utilisation de FPGAs qui réalisent l'interface entre les détecteurs physiques proprement dits et la propagation des signaux de mesure vers les ordinateurs qui pourront les analyser en détail.

Le sujet proposé consiste à contribuer à développer le firmware (=code VHDL) des FPGAs réalisant le traitement de premier niveau des signaux dans le CMS lui-même. Différents modules peuvent être développés: compression des données (suppression de ‘0’ pour signaux rapides), gestion de liens optiques à la vitesse de 4.8 Gbps vers l'électronique aval, etc. Un second aspect à investiguer est l’étude de techniques de mitigation (= redondance, résistance aux pannes) pour rendre le FPGA plus résistant aux radiations ionisantes qui ont tendance à dégrader l'électronique. Les développements seront menés principalement à l’ULB mais des séjours au CERN sont envisageables.

Pour ce sujet, il est recommandé d’avoir une bonne expérience en électronique digitale, en programmation des FPGA (VHDL ou Verilog) ainsi qu’en programmation (C, C++ ou python).

Ce sujet peut également faire l’objet d’un stage au CERN.

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