GPU performance in Run3 ALICE online/offline reconstruction
本研究介绍了ALICE实验Run 3阶段依托GPU实现3.5TB/s到170GB/s的在线数据压缩，及利用空闲在线集群GPU加速离线重建的进展，还重点阐述了径迹模型解码任务的GPU卸载工作，旨在提升重建效率与资源利用率。
2024-11-04 hep-ex physics.ins-det
The O2 software framework and GPU usage in ALICE online and offline reconstruction in Run 3
针对LHC Run 3中ALICE实验数据处理速率提升100倍的需求，研发了基于消息传递的O2计算系统，同步重建以GPU上的TPC处理为主，正推进将其他探测器计算负载卸载到GPU以利用异步阶段集群算力。
2024-02-02 physics.ins-det
Improvements of the GPU Processing Framework for ALICE
CERN（欧洲核子研究组织）
ALICE通过改进GPU处理框架，提升了TPC在线处理效率，并优化了离线处理性能。
2025-11-21 physics.ins-det
Overview of the ALICE ITS3 Upgrade
Department of Physics and Astronomy, Sejong University（世宗大学物理与天文学系）
ALICE将在LHC第三次停机期间用ITS3替换最内三层跟踪探测器，采用65nm CMOS工艺的弯曲单片有源像素传感器，实现无支撑结构、空气冷却，材料预算低于0.09%X$_0$每层。
2026-06-06 physics.ins-det
Online Calibration of the TPC Drift Time in the ALICE High Level Trigger
大型离子对撞机实验（英语：Large Ion Collider Experiment）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四个主要实验之一。高级触发器（HLT）是一个计算集群，它实时重建ALICE检测器记录的冲突。它采用自定义的在线数据传输框架在计算节点之间分配数据和工作负载。ALICE采用对诸如压力和温度的环境条件敏感的子检测器，例如时间投影室（TPC）。粒子轨迹的精确重建需要这些探测器的校准。在HLT中实时执行校准改进了在线重建，并使某些离线校准步骤过时，从而加速了离线物理分析。对于LHC Run 3，从2020年开始，数据简化将依赖于重建数据，在线校准成为必要。重建的粒子轨迹建立了校准的基础，使快速在线跟踪成为强制性的。用于此目的的主要探测器是TPC和ITS（内部跟踪系统）。在TPC中重建轨迹是计算最密集的步骤。我们提出了几个改进的ALICE高电平触发器，以方便在线校准。在线校准的主要新开发是一个包装器，可以在HLT内运行ALICE离线分析和校准任务。除此之外，我们还添加了异步处理功能，以支持HLT框架中长时间运行的校准任务，否则将以事件同步方式运行。为了提高弹性，隔离进程执行异步操作，使得即使是致命错误也不会干扰数据获取。我们用ZeroMQ数据传输组件补充了原始的无循环HLT链。[...]
2017-12-26 physics.ins-det
Track Reconstruction in the ALICE TPC using GPUs for LHC Run 3
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率，以连续读出50 kHz最小偏置Pb-Pb碰撞。在线离线计算升级的重建策略预见了在数据获取期间的第一同步在线重建阶段，使得能够进行检测器校准，以及后校准的异步重建阶段。针对ALICE的主要跟踪检测器--时间投影室，提出了一种跟踪算法.重建必须产生与当前离线重建相当的结果，并满足当前高级触发器（HLT）中的时间限制，每秒处理的冲突数量是当前的50倍。它是从目前的在线跟踪HLT，这是基于一个元胞自动机和卡尔曼滤波器，我们整合了离线跟踪的丢失功能，以提高分辨率。连续的TPC读出和重叠碰撞提出了新的挑战：转换到空间坐标和应用时间和位置相关的校准必须发生在轨道播种和轨道拟合之间，而TPC占用率增加了五倍。巨大的数据量需要20的数据缩减因子，这带来了额外的要求：必须扩展动量范围以识别低PT循环轨迹，并且在未校准坐标中进行特殊改装以改进轨迹模型熵编码。我们的TPC跟踪查找通过OpenCL和CUDA API在CPU、GPU和两个重建阶段的共享源代码中利用硬件加速器的潜力。移植更多的重建步骤，如TPC重建的剩余部分和其他检测器的跟踪，将使计算平衡从传统处理器转移到GPU。
2018-11-28 physics.ins-det
The charge sensitivity calibration of the upgraded ALICE Inner Tracking System
ALICE探测器正在LHC的运行3进行升级。一个新的内部跟踪系统（ITS）是这次升级的一部分。升级后的ALICE ITS采用了单片有源像素传感器ALPIDE。由于IC制造的变化和辐射损伤，ITS中的ALPIDE芯片的阈值需要定期测量和调整，以确保数据的质量。校准在ALICE在线-离线（O $^2$）计算系统内实施，因此其在与正常操作相同的框架中运行。本文介绍的概念和首次实施的电荷灵敏度扫描程序升级ALICE ITS在ALICE O $^2$系统，并演示了第一个结果的扫描数据从安装的ITS。
2021-10-24 physics.ins-det
GPU-based reconstruction and data compression at ALICE during LHC Run 3
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率至50 kHz连续读出最小偏置Pb-Pb碰撞。在线离线计算升级的重建策略预见了在数据获取期间的第一同步在线重建阶段，使得能够进行检测器校准，以及后校准的异步重建阶段。数据速率的显著增加对在线和离线重建以及数据压缩提出了挑战。与运行2相比，在线场每秒必须处理50倍以上的事件，并实现更高的数据压缩系数。ALICE将依靠GPU实时执行时间投影室（TPC）探测器的实时处理和数据压缩，这是数据速率的最大贡献者。通过在线农场中的GPU，我们正在评估它们在硅内部跟踪系统（ITS）和过渡辐射探测器（TRD）的异步重建期间的完整跟踪链中的使用情况。该软件以通用方式编写，因此它也可以在具有相同重建输出的WLCG上的处理器上运行。我们给出了一个概述的状态和当前性能的重建和数据压缩实现的GPU上的TPC和全局重建。
2020-06-07 physics.ins-det
GPU-based Online Track Reconstruction for the ALICE TPC in Run 3 with Continuous Read-Out
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率，以50 kHz连续读出最小偏置Pb-Pb碰撞。在线-离线计算升级的重建策略预见了在数据获取期间的第一同步在线重建阶段，使得能够进行检测器校准和数据压缩，以及后校准的异步重建阶段。出现了许多新的挑战，其中包括连续TPC读出，更多的重叠碰撞，没有先验知识的主要顶点和位置相关的校准在同步阶段，识别低动量循环轨道，和复杂的原始数据压缩。时间投影室（TPC）的跟踪算法将基于元胞自动机和卡尔曼滤波器。重建应在线运行，每秒处理比目前多50倍的碰撞，同时产生与当前离线重建相当的结果。我们的TPC跟踪查找通过OpenCL和CUDA API在两个重建阶段的CPU和GPU共享源代码中利用硬件加速器的潜力。我们概述了Run 3跟踪的状态，包括处理器和GPU的性能以及实现的压缩比。
2019-05-14 physics.ins-det
Exploring polyglot software frameworks in ALICE with FairMQ and fer
为了应对Run 3数据速率和容量的挑战，ALICE协作将在线和离线基础设施合并到一个通用框架中：ALICE-O2。O2基于FairRoot和FairMQ，这是一个基于消息的多线程多进程控制框架。在FairMQ中，进程（可能在不同的机器上）通过0 MQ或nanomsg通过消息队列交换数据。反过来，这使开发人员能够用他们选择或认为适合手头任务的任何语言编写他们的重建或分析过程，只要该编程语言可以通过这些消息队列发送和接收数据。本文介绍了fer，一个基于Go的工具包，与C++工具包FairMQ互操作，探索多语言分布式框架的领域。
2019-01-15 physics.ins-det
Global Track Reconstruction and Data Compression Strategy in ALICE for LHC Run 3
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率，从最小偏置Pb-Pb碰撞中的约1 kHz触发读出到50 kHz连续读出速率。在线-离线计算升级的重建策略预见了在数据采集期间的同步在线重建阶段，其生成探测器校准，以及后校准的异步重建阶段。大量的数据需要大量的压缩，以便存储所有记录的事件。目标是TPC数据的20倍压缩，这是同步重建期间的主要挑战之一。此外，重建将在线运行，处理比目前多50倍的碰撞，产生与当前离线重建相当的结果。这些要求对跟踪提出了新的挑战，包括连续的TPC读出、更多的重叠碰撞、在同步阶段期间没有主顶点位置和位置相关校准的先验知识、低动量循环轨道的识别以及用于改善轨道模型熵编码的失真改装。在2018年的研讨会上，展示了运行3的TPC跟踪，它与运行2离线跟踪的物理性能相匹配。它通过OpenCL和CUDA API在两个重建阶段的CPU和GPU共享源代码中利用硬件加速器的潜力。将更多的重建步骤（如TPC重建的剩余部分和其他检测器的跟踪）移植到GPU将使计算平衡从传统处理器转向GPU。这些程序集中在全局跟踪策略，包括ITS和TRD检测器，将更多的重建步骤卸载到GPU上，以及为实现必要的数据压缩所采取的方法。
2019-10-27 physics.ins-det
Commissioning and Performance of the New ALICE Inner Tracking System in the First Phase of LHC Run 3
ALICE是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四个实验之一，专门用于研究极端温度和压力条件下的核物质。LHC Run 3于2022年7月正式启动，在关闭两年多以升级加速器和实验之后，以质量中心能量$\sqrt{s}$ = 13.6 TeV进行质子-质子（pp）碰撞。为了满足运行3的ALICE物理程序的要求，新的定时，跟踪和多重性探测器已安装在ALICE中央桶中，无论是在中期和前进的快速，大多数探测器的读出电子设备已升级和ALICE离线和在线计算农场已完全更新。该装置的一个关键探测器是新的，超轻，高分辨率的内部跟踪系统（ITS 2），显着提高了对最接近主顶点的距离的确定的分辨率，在低横向动量的跟踪效率，以及相对于LHC运行2中实现的旧跟踪器的读出速率能力。新的跟踪器由七层，方位分段成五线谱，配备硅单片有源像素传感器与像素大小为27 $\times$ 29 $μ$米$^{2}$覆盖约10米$^2$的敏感区域。在开始运行3之前，经过长时间的努力，ITS 2得以建造、表征、安装和调试。由于通道数量巨大，像素内的阈值校准是一个具有挑战性的过程，它是通过利用ALICE离线和在线农场的力量来实现的。该探测器采集了整个2022年的数据，其第一个性能结果代表了本文的第二个关键部分。
2023-02-01 physics.ins-det
Fast TPC Online Tracking on GPUs and Asynchronous Data Processing in the ALICE HLT to facilitate Online Calibration
ALICE（大型重离子实验）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四个主要实验之一，LHC是当今世界上最强大的粒子加速器。高级触发器（HLT）是一个大约200个节点的在线计算场，它实时重建ALICE探测器测量的事件。HLT使用自定义的在线数据传输框架在计算节点之间分发数据和工作负载。ALICE采用几个校准敏感子探测器，例如TPC（时间投影室）。为了精确重建，HLT必须在线执行校准。在线校准可以使某些离线校准步骤过时，从而可以加快离线分析。展望2020年开始的ALICE Run III，在线校准成为必要。用于轨道重建的主要检测器是TPC。重建TPC中的轨迹是事件重建过程中计算量最大的步骤。因此，快速跟踪实现是非常重要的。重建的TPC轨道为校准奠定了基础，使快速在线跟踪成为强制性的。我们提出了几个组件开发的ALICE高电平触发器执行快速事件重建，并提供在线校准所需的功能。第一个课题是提出一种基于元胞自动机和卡尔曼滤波器的TPC跟踪器，它采用GPU来加速处理。我们的TPC跟踪算法已在2011年和2012年成功用于铅-铅和质子-铅运行。我们对它进行了改进，以利用新GPU的功能，并将其移植到支持OpenCL，CUDA和CPU的单一通用源代码中。这使我们独立于供应商。作为第二个主题，我们提出了在线校准所需的框架扩展。...
2017-12-26 physics.ins-det
Real-time data processing in the ALICE High Level Trigger at the LHC
在瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上，原子核在超相对论能量下发生碰撞。在每次碰撞中产生许多末态粒子，它们的性质由ALICE探测器测量。由所产生的粒子引起的检测器信号被数字化，导致超过48 GB/ $s$的数据速率。ALICE高级触发器（HLT）系统率先使用基于FPGA和GPU的算法来实时重建带电粒子轨迹并减少数据大小。可在线获得的碰撞事件重建结果用于高水平的数据质量和探测器性能监测以及实时的随时间变化的探测器校准。ALICE HLT中开发和使用的在线数据压缩技术使可存储用于离线事件处理的数据量增加了四倍以上。
2019-11-08 physics.ins-det
ALICE ITS2: overview and performance
本文介绍ALICE实验新型内部径迹系统ITS2的结构设计、Run 3运行性能及校准方法，该系统采用薄型MAPS传感器，物质预算低、位置分辨率高，显著提升了重味与低横动量粒子的重建能力。
2025-05-20 hep-ex physics.ins-det
The development of high performance online tracker for High Level Trigger of Muon Spectrometer of ALICE
LHC ALICE实验的μ子谱仪（MS）配备了HLT（高电平触发器），其目的是提高在L0阶段提供的触发切割的准确性。一个实时事件重建的计算挑战是满意的，以实现这一软件触发切割的HLT。在描述了在线算法之后，使用在$\sqrt{s}=7$ TeV处测量的pp碰撞将在线跟踪器的性能与离线跟踪器的性能进行比较。
2011-05-19 hep-ex physics.ins-det
Getting Ready for Physics - Commissioning of the ALICE Experiment
欧洲核子研究中心大型强子对撞机的ALICE是一个致力于研究高能重离子碰撞的实验。在本文中，我们将简要介绍实验布局，并给出了一个概述的ALICE探测器组件的安装状态，包括展望完成分阶段的检测器设置。我们将回顾探测器组件的调试，重点是中心探测器，特别是时间投影室（TPC）。调试于2008年夏天进行，等待秋季LHC的第一束光束。将调试结果与ALICE物理性能报告中概述的性能数据进行比较。
2009-05-27 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the Inner Tracking System of ALICE
ALICE内部跟踪系统（ITS）的升级计划在2019-2020年LHC第二次长时间关闭时进行。关闭后的ALICE物理计划要求ITS在非常低的横向动量下具有改进的跟踪能力和改进的碰撞参量分辨率，以及读出速率的大幅增加。为了满足这些要求，目前的ITS将被七层单片有源像素传感器取代。新的探测器将被移动到距离相互作用点23毫米的地方，并将大大减少材料预算。已经开发了几个传感器原型，以测试传感器设计的不同方面，包括模拟和数字读出的原型，以及小型和最终尺寸的传感器。这些原型已经在实验室测试和测试束设施，包括对传感器的辐射硬度的研究进行了彻底的表征。本文概述了目前的研究和开发现状，重点是像素传感器和最新原型的表征。
2015-11-26 physics.ins-det
Reconstruction in ALICE and calibration of TPC space-charge distortions in Run 3
ALICE实验将在LHC运行3期间以高达50 kHz的Pb-Pb碰撞相互作用速率连续读出。为了实现这一目标，开发了一种新的数据处理方案和软件。该方案强烈依赖于GPU（图形处理单元）的快速在线和离线校准和重建，以及有效的数据压缩。在硬件方面，时间投影室（TPC）以及其他探测器系统对其读出室和读出电子设备进行了重大升级。多丝正比室被四个气体电子倍增器箔的堆叠所取代，以允许连续读出，同时保持离子回流低于1%，最大限度地减少放大离子进入漂移体积的空间电荷效应。然而，由于空间电荷的显着的空间点扭曲预计在最高的相互作用率在铅铅碰撞。此外，空间电荷密度波动导致失真波动，必须在10 ms的时间尺度上进行校正，以保持TPC的固有跟踪分辨率。虽然可以使用来自外部检测器的信息作为参考来校正平均空间电荷失真，但可以预见数据驱动的机器学习算法和卷积神经网络可以提供对失真波动的校正。
2021-10-15 physics.ins-det
ALICE FIT data processing and performance during LHC Run 3
在LHC即将进行的运行3和运行4期间，升级后的ALICE（大型离子对撞机实验）将以更高的光度运行，并将收集比运行1和运行2多两个数量级的事件。ALICE升级的一部分是新的快速交互触发器（FIT）。这个彻底重新设计的探测器在一个系统中结合了ALICE在LHC运行2期间使用的四个前向探测器的功能：T0，V0，FMD和AD。FIT将监测亮度和背景，向LHC提供反馈，并实时生成最小偏差，顶点和中心触发器。在离线分析期间，FIT数据将用于提取飞行时间（TOF）颗粒识别所需的精确碰撞时间。在重离子碰撞过程中，FIT还将确定多重性、中心性和事件平面。FIT电子设计用于连续和触发读出模式。在这些诉讼中，FIT模拟，软件和原始数据处理进行了简要说明。然而，主要关注的是检测器性能，触发效率，碰撞时间和中心分辨率。
2020-12-04 hep-ex physics.ins-det
GPU-accelerated track reconstruction in the ALICE High Level Trigger
大型重离子实验（英语：Large Heavy Ion Experiment）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四大实验之一。高级触发器（HLT）是一个在线计算场，可实时重建ALICE探测器测量的事件。计算最密集的部分是粒子轨迹的重建，称为跟踪，用于跟踪的最重要的检测器是时间投影室（TPC）。HLT使用基于元胞自动机原理和卡尔曼滤波器的GPU加速算法进行TPC跟踪。自2012年以来，GPU跟踪一直在LHC运行1和2中以24/7运行。为了更好地利用GPU的潜力，并加速整体HLT重建，我们计划在GPU上引入更多的重建步骤（例如，跟踪其他检测器）。到目前为止，CPU上运行的几个任务可以从与跟踪的合作中受益，由于PCI Express传输的延迟，目前这几乎不可行。将更多的步骤转移到GPU上，并在GPU上立即处理它们，将减少PCI Express传输并释放CPU资源。最重要的是，现代GPU和GPU编程API提供了TPC跟踪尚未利用的新功能。我们介绍了我们在GPU重建方面的新进展，重点关注LHC运行3期间ALICE在线离线计算升级的GPU在线重建，并考虑到运行2中当前的HLT如何从这些改进中获益。
2017-12-26 physics.ins-det
Data compression using correlations and stochastic processes in the ALICE Time Projection chamber
本文介绍了对欧洲核子研究中心ALICE实验的时间投影室（TPC）探测器产生的数据进行在线无损和准无损压缩的算法。第一种算法基于无损源代码建模技术，即，原始TPC信号信息可以在解压缩阶段无错误地重建。源模型利用TPC数据中存在的时间相关性来减少源的熵。第二种算法基于有损源代码建模技术。为了评估由有损压缩引入的误差的后果，分析离线处理数据的轨迹跟踪算法的结果，特别是关于由压缩引入的噪声。离线分析分为两个步骤：聚类发现和跟踪发现。这些算法是如何受到有损压缩的结果报告。在这两种压缩技术中，熵编码被应用于由源模型定义的事件集合，以将比特率降低到对应的源熵。使用TPC模拟数据，无损和有损压缩实现了数据减少到原始数据速率的49.2%，并分别在35%到30%的范围内，取决于所需的precision.In这项研究中，我们专注于方法，这是很容易实现的前端TPC电子。
2003-06-17 physics.data-an physics.ins-det
The ALICE Transition Radiation Detector: status and perspectives for Run II
ALICE跃迁辐射探测器有助于实验的跟踪、粒子识别和触发能力。它由六层多丝正比室组成，每层前都有一个辐射器和一个填充有CO2/CO $_2$的漂移体积。在漂移长度上以100 ns的时间仓对信号进行采样，这允许在线和离线地重建腔室式轨道段。粒子识别是基于带电粒子的比能量损失和额外的跃迁辐射光子，后者是电子的特征。探测器分为18个扇区，其中13个扇区安装在运行I中。自大型强子对撞机启动以来，TRD就被纳入数据采集中，并成功用于电子识别和触发。在长周期1期间，探测器完成，现在覆盖了整个方位角验收。此外，读出和触发部件也得到了升级。当\runii{}开始数据采集时，其性能符合预期。
2016-01-04 nucl-ex physics.ins-det
ALICE ITS Upgrade for LHC Run 3: Commissioning in the Laboratory
ALICE是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）实验，它是为研究重离子碰撞中产生的强相互作用物质而优化的，并致力于表征夸克-胶子等离子体。为了实现LHC Run 3的物理计划，正在对实验装置进行重大升级。升级的一个关键要素是用全新的硅基探测器（ITS 2）取代内部跟踪系统（ITS），其功能将允许重建以前布局无法访问的稀有物理通道。实现这种性能提升的技术是采用定制设计的CMOS单片有源像素传感器作为检测元件。在本会议记录中，将概述所采用的技术以及探测器调试的状态。
2020-11-30 hep-ex physics.ins-det
ALICE ITS upgrade for LHC Run 3: commissioning in the laboratory
ALICE是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）实验，它是为研究重离子碰撞中产生的强相互作用物质而优化的，并致力于表征夸克-胶子等离子体。为了实现LHC Run 3的物理计划，正在对实验装置进行重大升级。升级的一个关键要素是用全新的硅基探测器取代内部跟踪系统（ITS），其功能将允许重建以前布局无法访问的稀有物理通道。实现这种性能提升的技术是采用定制设计的CMOS MAPS作为检测元件。探测器在ALICE洞穴中的安装已经完成，几个月的调试将允许最终集成到中央系统中。在这次演讲中，将概述所采用的技术以及探测器调试的状态。
2021-06-30 hep-ex physics.ins-det
Hyperloop -- The ALICE analysis train system for Run 3
ALICE分析主要使用分布式网格基础设施处理大型数据集。在LHC运行的第1和第2阶段，ALICE开发了一个分析列车系统（所谓的$"$乐高列车$"$），允许用户配置分析任务（称为货车），在相同的数据上运行。乐高训练系统建立在现有的工具：ALICE分析框架以及网格提交和监控基础设施。这一集中系统提高了资源利用率，并提供了图形用户界面以及簿记功能。目前，ALICE分析的90个$\%$使用训练系统。LHC运行3正在进行的重大升级将使实验能够应对与运行1和2数据采集期相比增加两个数量级的Pb-Pb碰撞数据。为了处理这一前所未有的数据样本，已经实现了一种新的计算模型，在线离线计算系统（O $^2$）。分析列车也将成为第三轮分析的主要主力：一个新的基础设施，超级高铁，正在开发中，基于乐高列车的成功概念。Hyperloop训练系统包括一个不同的和改进的用户界面，使用现代的响应网络工具，簿记，即时自动测试，并产生派生的略读数据。到目前为止，大约800辆Hyperloop列车已经成功提交给Grid和ALICE分析设施，使用转换后的Run 2数据。概述了ALICE训练系统概念，重点介绍了运行3中新的Hyperloop分析框架的改进。
2021-09-20 hep-ex physics.ins-det
User Logic Development for the Muon Identifier Common Readout Unit for the ALICE Experiment at the Large Hadron Collider
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）正在进行重大升级，目标是增加光度，因为需要更多的统计数据进行精确测量。所提出的工作属于相应的升级ALICE μ子触发（MTR）探测器，现在命名为μ子标识符（MID）。以前以触发读出方式操作，该探测器已过渡到具有时间分隔数据有效载荷的连续读出。然而，这导致数据速率比以前的操作高得多，因此也正在开发一种新的在线-离线（O2）计算系统，用于实时数据处理，以减少存储需求。O2系统的一部分基于FPGA技术，称为通用读出单元（CRU）。对于许多检测器来说是通用的，因此需要为每个检测器开发自定义用户逻辑。这项工作涉及ALICE MID用户逻辑的开发，该逻辑将与核心CRU固件接口并执行所需的数据处理。它提出了一个概念设计和用户逻辑原型的发展。由此产生的原型显示了以有效和优化的方式满足既定要求的能力。此外，采用的模块化设计方法允许轻松引入更多功能。
2021-04-12 eess.SP physics.ins-det
ALICE data processing for Run 3 and Run 4 at the LHC
在即将到来的LHC第3和第4阶段，ALICE将以50 kHz的峰值Pb-Pb碰撞率获取数据。由于实验的主要跟踪探测器的升级和新的数据处理策略，这将成为可能。为了收集ALICE旨在进行精确测量所需的统计数据，将采用连续读数。这带来了处理前所未有的数据速率的挑战。来自探测器的约3.5 TB/s的原始数据将在第一级处理（FLP）节点上减少到约600 GB/s，并发送到事件处理层进行进一步处理，并减少到永久存储的数据小于100 GB/s。这一同步处理阶段将包括重建、校准和压缩程序，随后将进行一个异步处理阶段，以解决最终校准问题。质量控制（QC）将在所有加工阶段得到广泛应用。本演讲说明了ALICE在2003年和2004年的处理流程，重点是同步处理的组成部分。将描述所选择的软件设计。还包括数据分析框架的概述。
2020-12-08 hep-ex physics.ins-det
Status of the R&D activities for the upgrade of the ALICE TPC
在长周期2之后，LHC将提供高达50 kz的相互作用速率的铅-铅碰撞。为了应对这种情况，需要对ALICE时间投影室（TPC）进行升级。升级后，TPC将以连续模式运行，与当前TPC的性能相比，动量和dE/dx分辨率没有任何下降。由于通过多丝正比室的读出在这些要求下不再可行，因此必须采用新技术。在新的读出室中，电子放大由四个气体电子倍增器（GEM）箔的堆叠提供。它们的高电压设置和取向已经过优化，在55 Fe的峰值处提供优于12%的能量分辨率。在相同的设置下，进入漂移体积的离子回流小于气体放大和初级电离过程中产生的有效离子数的1%。这对于防止空间电荷的积累是必要的，空间电荷的积累最终将使漂移体积中的场失真。为了确保LHC运行3期间在高负载下的稳定运行，腔室也必须对放电具有鲁棒性。与选定的配置在一个四GEM堆栈的放电概率保持在$10^{-12}$放电每传入强子的水平。ALICE TPC升级活动的概述将在这些程序中给出，并介绍了未来读出室GEM堆栈的优化设置。此外，还显示了2014年底在SPS和PS（在CERN）进行的两次射束时间活动的结果。在该活动中，对全尺寸读出室原型的放电稳定性和dE/dx性能进行了测试。此外，它是报告的充电研究的4GEM堆栈和测试的电磁下垂的大型GEM箔。
2016-02-09 physics.ins-det
Synchronous and asynchronous Data Quality Control of the ALICE Inner Tracking System in the LHC Run 3
本文介绍了ALICE实验ITS2探测器在LHC Run 3中的数据质量控制系统，该系统通过同步监测运行参数和异步重建采集数据来保障稳定取数，并展示了探测器在pp和Pb–Pb碰撞中的性能表现。
2025-06-03 hep-ex physics.ins-det
Tracking performance in high multiplicities environment at ALICE
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率，达到50 kHz连续读出最小偏压Pb-Pb事件。这对在线和离线计算基础设施提出了挑战，要求每秒处理50倍于运行2的事件，并将数据压缩比从5提高到20。这种高数据压缩是不可能的无损ZIP类算法，但它必须使用的结果，从在线重建，这反过来又需要在线校准。这些重要的在线处理步骤是计算最密集的步骤，将使用GPU作为硬件加速器。新的在线功能已在运行2期间在高级触发器（HLT）在线处理场中进行测试。运行3的TPC（时间投影室）跟踪算法源自当前HLT在线跟踪，并基于元胞自动机和卡尔曼滤波器。HLT已经部署了TPC漂移时间的在线校准，这需要扩展到空间电荷失真校准。这需要对额外的探测器进行在线重建，如TRD（跃迁辐射探测器）和TOF（飞行时间）。我们提出了这些发展的原型，特别是一个数据压缩算法，实现了运行2 TPC数据的压缩因子~9，和在线TRD跟踪的效率。我们展望了TPC跟踪与连续读出的挑战。
2017-09-02 nucl-ex physics.ins-det
Summary of the trigger systems of the Large Hadron Collider experiments ALICE, ATLAS, CMS and LHCb
本白皮书综述了大型强子对撞机（LHC）实验ALICE、ATLAS、CMS和LHCb的触发系统，介绍其通用原理、最新进展及高亮度升级所需的新触发范式。
2024-07-24 hep-ex physics.ins-det
ALICE upgrades during the LHC Long Shutdown 2
本文介绍 ALICE 在 LHC 长停机 2 期间为适应升级后 LHC 和新探测器技术而进行的重大升级，包括连续读出、核心探测器改造及新在线处理框架，使 Pb-Pb 碰撞记录速率可达 50 kHz。
2024-06-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Overview and Design of the sPHENIX TPC
在RHIC上提出的sPHENIX探测器正在设计中，通过测量喷流、喷流关联和Y粒子，以前所未有的精度研究RHIC上的夸克-胶子等离子体（QGP）的性质。为了达到产生Y（nS）态的高质量分辨率重建的目标，需要一个覆盖伪倾向的紧凑TPC <|1.1|正在建设中，为sPHENIX提供必要的不变质量分辨率。与ALICE-TPC升级类似，sPHENIX TPC设计目前使用四重GEM检测器。sPHENIX利用新颖的锯齿形图案读出焊盘、改进的SAMPA读出芯片和浸入1.4 T磁场中以减少离子回流的优化的Ne-CF 4气体混合物，将在QGP中具有独特的透镜。TPC的设计和创新背后的动机将被呈现，以及该项目的当前状态。
2021-10-05 nucl-ex physics.ins-det
The upgrade of the ALICE Inner Tracking System
ALICE是一个通用实验，致力于研究LHC的核-核碰撞。经过3年多的成功运行，LHC（LS 2）在2017/18年第二次长时间关闭期间的设备升级正在准备中。拟议升级的主要目标之一是扩大低横向动量稀有探测器的物理范围。罕见探针的重建需要精确确定ALICE中由内部跟踪系统（ITS）执行的主要和次要顶点。目前的ITS由6层三种技术的硅器件制成，例如，可以重建横向动量低至~2 GeV/c的D介子。要进一步将该范围向更低的pT扩展，需要安装由7层硅探测器组成的新ITS，该探测器具有显著更好的单点分辨率和更低的材料预算。预计新系统将允许将碰撞参量分辨率提高约3倍。此外，升级后的ITS的数据速率能力应显着提高，以充分利用预期的LHC铅-铅相互作用率为50 kHz，几乎两个数量级以上，目前的读出率。本文件首先介绍了ITS升级的要求，其次是新系统的概念设计及其预期性能。其次，概述了从概念到最终探测器的不同研发活动。
2013-07-23 hep-ex physics.ins-det
ALICE Central Trigger System for LHC Run 3
ALICE实验的重大升级正在进行中，将导致LHC运行3（2022-2024）期间的高速率数据采集。在ALICE实验所在的点2处的LHC相互作用速率将在Pb-Pb碰撞中增加到$50\ \mathrm{kHz}$，在pp碰撞中增加到$1\ \mathrm{MHz}$。ALICE实验将能够在这些相互作用速率下读出数据，从而导致收集的光度相对于LHC 101和2增加约100倍。为了满足这些要求，一个新的读出系统已开发的大多数的ALICE探测器，允许在所需的相互作用速率的数据的完全读出，而不需要一个硬件触发器的选择。基于无源光网络（PON）和千兆位收发器（GBT）技术，将实现一种新型的触发和定时分配系统。为了确保向后兼容性，基于RD 12触发定时控制（TTC）技术的触发模式将在新的中央触发系统（CTS）下保持和重新实施。设计了一种基于Xilinx Kintex Ultrascale FPGA的新型通用ALICE触发板（ATB），它具有中央触发处理器（CTP）、本地触发单元（LTU）和监控接口的功能。本文将介绍这种新型的连续读出混合多电平系统，以及触发机制和算法。将介绍CTS的概述、ATB的设计和不同的通信协议。
2021-06-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Calibration and Performance of the Upgraded ALICE Inner Tracking System
本文介绍了ALICE实验升级后的ITS2像素径迹探测器的校准流程与运行性能，该探测器基于MAPS技术，将碰撞参数分辨率提升至约30 μm，并在LHC Run 3中实现了高质量数据采集。
2024-09-29 hep-ex physics.ins-det
The ALICE O2 common driver for the C-RORC and CRU read-out cards
ALICE（大型离子对撞机实验）是重离子探测器，旨在研究在欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的相对论性重离子碰撞中实现的物质的强相互作用态。计划在2019-2020年长期关闭期间对实验进行重大升级。为了应对比LHC运行1期间高100倍的数据速率以及时间投影室（TPC）的连续读出，有必要将在线和离线计算升级到称为O2的新通用系统。O2读出链将使用商品x86 Linux服务器，并配备基于FPGA的定制PCIe读出卡。本文讨论了将在O2中使用的卡的驱动程序架构：PCIe v2 x8、基于Xilinx Virtex 6的C-RORC（通用读出接收器卡）和PCIe v3 x16、基于Intel Arria 10的CRU（通用读出单元）。通过三层软件提供对PCIe卡的访问。首先，低层PCIe（PCI Express）层负责低层操作的用户空间接口，例如内存映射PCIe BAR（基址寄存器）和创建分散-聚集列表，这是由法兰克福高级研究所（FIAS）开发的PDA（便携式驱动程序架构）库提供的。在此之上是我们的用户空间驱动程序，它实现同步，控制读出卡-例如重置和配置卡，为它提供总线地址以传输数据并检查数据到达-并提供统一的高级C++接口，该接口抽象了C-RORC和CRU之间的差异。该接口主要用于高性能读出过程，允许用户配置和使用读出卡的各个方面，如配置、DMA传输和前端命令。[...]
2017-10-16 cs.OH physics.ins-det
Data processing and online reconstruction
在即将到来的运行3和4的升级中，LHC将显著增加Pb-Pb和pp相互作用速率。这伴随着所有实验的升级，ALICE，ATLAS，CMS和LHCb，与探测器和计算有关。在线处理场必须采用更快、更有效的重建算法来应对增加的数据速率，并且数据压缩因子必须增加以使数据适合永久存储的可负担的容量。由于不同的操作条件和目标，实验遵循不同的方法，但有几个共同的趋势，如更广泛的在线计算和采用硬件加速器。本文给出了一个概述和比较的数据处理方法和在线计算农场的LHC实验今天在运行2和即将到来的LHC运行3和4。
2018-11-28 physics.ins-det
Recent results and upgrade of the ALICE muon spectrometer
本研究介绍CERN LHC上ALICE实验μ子谱仪的升级：新增MFT探测器提升前向快度区物理性能，结合Run 3更高的对撞速率与数据量，展示升级后的预期性能与初步结果，助力QGP性质研究。
2024-10-31 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Efficient Analysis of Test-beam Data with the Corryvreckan Framework
高能物理实验对下一代顶点探测器和跟踪探测器提出了严格的要求，以达到预期的物理目标。针对每个用例的特定需求开发了各种各样的硅像素传感器，并在实验室和测试光束测量活动中进行了测试。Corryvreckan是一个灵活，快速和轻量级的测试梁数据重建和分析框架，基于重建链的模块化概念。它旨在满足在复杂的数据采集环境中结合不同读出方案的探测器进行离线事件构建的要求。其模块化架构将框架核心与重建、分析和检测器特定算法的实现分开。在本文中，简要概述了软件框架和重建和分析链。这是通过使用框架的离线事件构建能力的数据集的示例分析和改进的事件构建方案来补充的，该方案允许利用Mimosa 26传感器的枢轴像素信息更有效地使用测试束数据。
2021-02-09 physics.ins-det
Corryvreckan: A Modular 4D Track Reconstruction and Analysis Software for Test Beam Data
Corryvreckan是一个多功能的，高度可配置的软件，具有模块化结构，旨在重建和分析测试光束和实验室数据。它通过提供灵活的离线事件构建设施来满足测试束社区的需求，以将具有不同读出方案的探测器组合在一起，具有或不具有触发信息，并且包括基于时间戳关联来自多个设备的数据的可能性。命中定时信息，可从越来越多的检测器的高精度，可以用于聚类和跟踪，以减少组合。几种算法，包括实现千足虫-II，提供了离线对齐。图形用户界面能够直接监控重建进度，并可用于数据采集期间的准在线监控。这项工作介绍了Corryvreckan框架架构和用户界面，并提供了一个详细的概述事件构建算法。的重建和分析能力证明与数据记录在DESY II测试光束设施使用EUDAQ 2数据采集框架与EUDET型光束望远镜，Timepix 3定时参考，细间距平面硅传感器与CLICpix 2读出和AIDA触发逻辑单元。详细介绍了重建链的各个步骤。
2021-01-13 physics.ins-det
Overview of the data acquisition system architecture for the DarkSide-20k experiment
本文概述了暗物质直接探测实验DarkSide-20k的数据采集系统架构，介绍其无触发运行模式、数字化设备配置及两级数据处理传输流程，可支撑3 GB/s量级的实验数据处理需求。
2025-02-21 hep-ex physics.ins-det
Signal shapes in multiwire proportional chamber-based TPCs
本文研究了ALICE TPC中基于多丝正比室信号的离子尾效应，通过实验与Garfield模拟对比，评估其对dE/dx分辨率的影响，并验证了离线校正程序的可行性。
2023-12-21 hep-ex physics.ins-det
The Online Data Quality Monitoring System at BESIII
在线数据质量监控（DQM）在高能物理实验数据采集过程中起着重要作用。BESIII DQM从在线数据流中采样数据，使用离线重建软件进行重建，并使用用户定义的算法自动分析重建的数据。DQM软件是一个可扩展的分布式系统。监控结果以各种格式收集和显示，这为换档器提供了当前运行信息，可用于早期发现问题。本文介绍了北京谱仪研究所DQM系统的概况。
2011-09-15 hep-ex physics.ins-det
Ultrafast Radiographic Imaging and Tracking: An overview of instruments, methods, data, and applications
本文综述超快射线成像与追踪（U-RadIT）领域最新进展，分析硬件优化的局限与数据解读难点，指出结合物理信息的机器学习、AI及压缩感知等数据科学方法可助力该技术优化与应用。
2023-09-04 physics.app-ph physics.ins-det
