Online Reconstruction and Calibration with feed back loop in the ALICE High Level Trigger
大型重离子实验（英语：Large Heavy Ion Experiment，ALICE）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四个大型实验之一。高级触发器（HLT）是一个在线计算场，它实时重建ALICE探测器记录的事件。计算最密集的任务是粒子轨迹的重建。ALICE中的主要跟踪设备是时间投影室（TPC）和内部跟踪系统（ITS）。HLT使用基于元胞自动机原理和卡尔曼滤波器的快速GPU加速算法进行TPC跟踪。ALICE采用对环境条件如环境压力和温度敏感的气体子检测器，TPC就是其中之一。粒子轨迹的精确重建需要这些探测器的校准。作为第一个主题，我们提出了一些最新的优化，我们基于GPU的TPC跟踪使用新的GPU模型，我们采用的正在进行的和即将到来的数据采集期在LHC。我们还展示了快速ITS独立跟踪的新方法。作为第二个主题，我们提出了改进的HLT，以促进在线重建，包括一个新的平面数据模型和一个新的数据流链。校准输出通过反馈回路反馈到HLT的重建组件。最后，我们对2015年11月铅铅运行期间在真实条件下进行的第一次在线校准测试进行了分析，该测试基于这些新功能。
2017-12-26 physics.ins-det
The ALICE trigger system for LHC Run 3
ALICE中央触发处理器（CTP）将为LHC Run 3升级全新的硬件和基于无源光网络（PON）系统的新触发和定时控制（TTC-PON）系统。新的触发系统设计为无死区，能够以9.6 Gbps的速率传输触发数据。设计了一种通用触发板，通过更换FMC卡，既可以作为CTP，也可以作为LTU。它基于Xilinx Kintex Ultrascale FPGA和升级的TTC-PON。本文将介绍新的触发系统和触发板的原型。
2017-11-03 nucl-ex physics.ins-det
Operation and calibration of the Silicon Drift Detectors of the ALICE experiment during the 2008 cosmic ray data taking period
将介绍ALICE实验硅漂移探测器在2008年宇宙射线运行期间的校准和性能。特别是监测运行参数（基线，噪声，漂移速度）的程序进行了详细说明。还测定了其他相关参数（SOP延迟、时间零点、电荷校准）。
2010-01-18 hep-ex physics.ins-det
(W)hole new field: the new GEM Time Projection Chamber of ALICE
ALICE时间投影室刚刚升级，用基于气体电子倍增器（GEM）技术的新探测器替换了覆盖圆柱体两端的读出室。我们在此报告GSI达姆施塔特的相关活动：GEM框架和腔室生产，以及伴随这两个程序的质量保证。
2019-12-18 nucl-ex physics.ins-det
Versatile firmware for the Common Readout Unit (CRU) of the ALICE experiment at the LHC
从2022年CERN LHC的第三次运行开始，升级后的ALICE实验将在数据采集系统的核心使用公共读出单元（CRU）。CRU基于专为LHCb设计的PCIe 40硬件，是3个主要子系统之间的通用接口：前端、计算系统以及触发和定时系统。475个CRU将连接10个不同的子探测器，并将总数据吞吐量从3.5 TB/s降至635 GB/s。ALICE通用固件框架支持连续和触发模式下的数据采集，并将时钟、触发和慢速控制转发给前端电子设备。本文介绍了该系统的体系结构和数据流性能。
2021-03-09 physics.ins-det
Time resolution of the ALICE Time-Of-Flight detector with the first Run 3 pp collisions at ${\bf \sqrt{\textit{s}} = 13.6}$ TeV
EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH CERN（欧洲核子研究中心）
本文报告了ALICE TOF探测器升级后在Run 3首次13.6 TeV质子-质子碰撞中的时间分辨率，两种独立方法测得结果一致且优于80 ps，验证了升级后连续读出方案和校准流程的有效性，为提升ALICE粒子鉴别能力奠定基础。
2026-09-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The ALICE Experiment Upgrades
ALICE实验在2019年至2021年期间受益于长周期，以扩大其物理能力，并充分受益于运行3中LHC亮度的增加。内部跟踪系统已被一个基于MAPS技术的新硅跟踪器所取代，在μ子谱仪前面增加了一个新的跟踪装置，以提高其顶点能力。用于TPC读出的线室已被新的GEM探测器取代，这将最大限度地减少离子回流，并允许连续数据采集：此外，还安装了一个专门用于快速触发的新探测器阵列。在软件方面，增加了新的第一遍重建，以处理和减少数据流和存储。这些升级将与未来ALICE升级的展望一起提出，鉴于LHC运行4，其中将包括用升级的硅器件和高粒度电磁和强子量能器（FOCAL）替换ITS内部跟踪层。
2022-01-21 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
Space-point calibration of the ALICE TPC with track residuals
在即将到来的LHC运行3中，从2021年开始，ALICE实验的升级后的时间投影室（TPC）将以连续读出模式记录最小偏差Pb-Pb碰撞，相互作用速率高达50 kHz。这对应于在检测器中的电子漂移时间期间典型地4-5次重叠碰撞。尽管对新的基于四重GEM的读出室进行了仔细的调整，以满足低于1%的离子回流的设计要求，但这些条件将导致几厘米的空间电荷失真，并随时间波动。它们将通过校准程序进行校正，该校准程序分别使用位于TPC内部的内部跟踪系统（ITS）以及位于TPC周围的跃迁辐射探测器（TRD）和飞行时间系统（TOF）的信息。通过使用这样的过程，可以恢复几百微米的TPC的固有磁道分辨率。提出了基于卡尔曼滤波器的TRD在线跟踪算法。该过程利用GPU将外推的ITS-TPC轨迹与TRD空间点相匹配。随后，忽略TPC信息来重新拟合这些全局轨迹。TPC簇的残差到改装轨道的内插被用于创建空间电荷失真的映射。地图的定期更新补偿TPC条件的变化。在数据的最终重建中应用该映射。将显示跟踪算法的第一性能结果。
2020-03-06 physics.ins-det
ALICE : online-offline processing for Run 3
ALICE将使运行3的数据采集速率显著提高到50 kHz，连续读出最小偏置Pb-Pb碰撞。可预见的重建策略包括2个阶段：在数据采集期间的第一同步在线重建阶段，使探测器校准，以及后校准异步重建阶段。主要挑战包括每秒处理和压缩比运行2中多50倍的事件，复杂的压缩和去除不用于物理的TPC数据，跟踪连续读出的TPC数据，TPC空间电荷失真校准，以及与运行2相比，通常在线运行更多的重建步骤。ALICE将利用GPU来促进与可用资源的同步处理。为了实现计算农场的最佳利用率，我们计划将异步重建的几个步骤也卸载到GPU。本文概述了同步和异步重建过程中的重要处理步骤以及所需的计算能力。
2021-02-17 physics.ins-det
Fast Entropy Coding for ALICE Run 3
在LHC运行3中，升级后的ALICE探测器将以50 kHz的速率连续读出记录Pb-Pb碰撞。产生的3.5 TB/s的原始数据流必须使用一组有损和无损压缩和数据缩减技术处理，以达到90 GB/s的存储数据速率，同时保留相关数据用于物理分析。本文提出了一种基于熵编码的自定义无损数据压缩方案，作为数据缩减链中的最后一个组件，它必须将数据速率从300 GB/s压缩到90 GB/s。一个灵活的，多进程架构的数据压缩方案，提出了无缝接口的数据还原算法的早期阶段，并允许使用并行处理，以保持所需的坚定的实时保证系统。在压缩过程中处理的数据具有允许使用具有更多资源效率的静态分布表的rANS熵编码器的结构。对rANS熵编码器的扩展被引入，以有效地处理这些静态分布表和由每个符号高达25位组成的大型但稀疏的源字母表。初步的性能结果表明，符合公司的实时要求，同时提供接近最佳的数据压缩。
2021-02-18 physics.ins-det
Usage of GPUs in ALICE Online and Offline processing during LHC Run 3
ALICE将显著提高其Pb-Pb数据采集速率，从运行2的1 kHz触发读出到运行3的50 kHz连续读出。运行3安装了更新的跟踪检测器，并采用了新的两阶段计算策略。在数据采集期间的第一同步阶段，原始数据被压缩以存储到现场磁盘缓冲器中，并且收集用于检测器校准的所需数据。在第二异步阶段中，使用最终校准重新处理压缩的原始数据以产生最终重建输出。传统的CPU无法应对同步阶段的巨大数据速率和处理需求，因此ALICE采用GPU来加速处理。由于在线计算场在LHC中没有束流时执行部分异步处理，ALICE计划在第二阶段也使用GPU。本文概述了GPU在同步阶段的处理，完整的系统测试，以验证参考GPU架构，并在异步阶段的GPU使用的前景。
2021-06-07 physics.ins-det
The ALICE Run 3 Online / Offline Processing
ALICE实验在LHC Run 3中进行了重大升级，将以比以前大50倍的相互作用速率收集数据。Run 3的新计算方案将传统上分离的在线和离线框架替换为统一的框架，称为O2。处理将分两个阶段进行。在数据获取期间，同步处理阶段在在线计算场上执行数据压缩、校准和质量控制。输出存储在现场磁盘缓冲区中。当LHC中没有束流时，相同的计算场用于异步重新处理数据，从而产生最终的重建输出。O2项目由三个主要部分组成：配备GPU的事件处理节点（EPN）提供大部分计算能力，并执行大部分重建和校准。第一级处理器（FLP）通过光链路从检测器接收数据，并在需要时执行本地处理，这可以可选地发生在基于FPGA的读出卡的用户逻辑中。在FLP和EPN场之间，数据在网络中分布，使得EPN接收完整的冲突数据用于处理。物理和数据处理（PDP）小组开发软件框架以及重建和校准算法。目前的O2装置能够实时处理在50 kHz相互作用速率下采集Pb-Pb碰撞数据所预见的峰值数据速率。
2022-08-15 physics.ins-det
Overview of online and offline reconstruction in ALICE for LHC Run 3
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率，以50 kHz连续读出最小偏压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。主要挑战包括每秒处理和压缩比运行2中多50倍的事件，识别不用于物理的可移除TPC轨道和命中，跟踪连续读出的TPC数据，TPC空间电荷失真校准，以及与运行2相比，通常在线运行更多的重建步骤。ALICE将利用GPU来促进与可用资源的同步处理。为了获得最佳的GPU资源利用率，我们计划将异步重建的几个步骤也卸载到GPU上。为了独立于供应商，我们支持CUDA，OpenCL和HIP，并且我们维护了一个也在CPU上运行的通用C++源代码。我们将概述全局重建和跟踪策略，比较CPU和不同GPU模型的性能。我们将讨论重建与输入数据大小的缩放，以及在内存和处理能力方面所需资源的估计。
2020-09-16 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
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
Performance of the ALICE Inner Tracking System 2
本文介绍了基于MAPS技术、拥有10平方米灵敏面积和125亿像素的ALICE ITS2探测器在LHC Run 3期间的性能表现、校准方法及运行经验。
2025-03-21 hep-ex 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
Commissioning of CMS Forward Hadron Calorimeters with Upgraded Multi-anode PMTs and μTCA Readout
与CMS正向强子量热仪PMT窗口相互作用的带电粒子的高通量为触发和离线数据分析引入了重要的背景。在长周期1期间，所有原始光电倍增管都被多阳极、薄窗口光电倍增管取代。同时，后端电子读出系统升级为μTCA读出。本文介绍了前向强子量热仪和μTCA系统的调试和校准经验。升级是成功的，并提供了质量数据运行2数据分析在13 TeV。
2016-11-16 hep-ex physics.ins-det
A truly cylindrical inner tracker for ALICE
在成功安装并首次运行升级后的内部跟踪系统（ITS2）后，它由大约$10\,$ m $^2$的单片硅像素传感器组成，ALICE正在为LHC Run 4的ITS3率先使用弯曲的晶圆级像素传感器。可以使用拼接技术来生产大于典型标线尺寸的传感器。在约$30\,μ$ m的厚度下，硅足够柔性以弯曲到$1\,$ cm量级的半径。通过用强制气流冷却这种传感器，可以构造实际上仅由硅传感器组成的真正的圆柱形层。材料预算的减少和指向分辨率的提高将允许新的测量，特别是重味衰变和电磁探针。在这次演讲中，我们将报告传感器的发展，弯曲传感器在测试梁的性能，和真正的圆柱形层的力学研究。
2022-12-06 hep-ex 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
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
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
Activities of the Korea ALICE group for the development and production of the next-generation silicon tracker
针对 ALICE 3 硅径迹探测器面积约达 ITS2 五倍带来的量产挑战，韩国 ALICE 小组开展传感器评估、自动化固晶组装与原型模块构建，以建立可扩展的批量生产流程。
2025-10-20 nucl-ex physics.ins-det
Upgrading the Inner Tracking System and the Time Projection Chamber of ALICE
欧洲核子研究中心的ALICE实验正在2019-2020年LHC的长周期2（LS 2）期间进行重大升级。关于中央枪管的关键要素是安装新的内部跟踪系统（ITS）和升级大型时间投影室（TPC）。TPC目前正在升级一个新的读出系统，包括新的基于GEM的读出室和新的前端电子设备，使我们能够在连续模式下操作它。基于CMOS单片有源像素传感器的新型ITS将显著提高碰撞参量分辨率和跟踪效率，特别是对于低横向动量的颗粒，以及读出速率能力。在下文中，将概述升级及其组装和调试状态。此外，还将对预计在2025-2026年LHC第三次长时间关闭的ITS升级计划进行展望。对于这次升级，最里面的三层可以用圆柱形探测器层代替，由弯曲的晶圆级CMOS传感器制成，以进一步降低材料预算并提高指向分辨率。
2020-02-02 hep-ex physics.ins-det
Testbeam performance results of bent ALPIDE Monolithic Active Pixel Sensors in view of the ALICE Inner Tracking System 3
ALICE内部跟踪系统最近升级为完全由MAPS组成的全硅探测器，围绕LHC束管排列在七个同心层中。更进一步，在LHC Long 2013期间，ALICE合作计划用一种新的顶点检测器取代这种新ITS的三个最内层。拟议的设计特点晶圆级，超薄，真正的圆柱形MAPS。新的传感器将减薄到20-40 \textmu m，每层材料预算小于0.05 x/ $\mathrm{X_{0}}$，前所未有的低，并将围绕束管同心布置，距离互作用点18 mm。预计在新的65纳米CMOS技术节点的第一个原型，一个积极的R\&D计划正在进行中，以测试现有的50 { \textmu }m厚的ALPIDE传感器的弯曲响应。许多这样的芯片被成功弯曲，甚至低于目标最内半径，没有机械损坏的迹象，同时在实验室测试中保留了它们的全部电气功能。弯曲的探测器随后在粒子束活动期间进行了测试，其中评估了它们的粒子探测性能。在这篇文章中，将介绍弯曲ALPIDE传感器数据分析的试验梁亮点。实验证明，目前采用180 nm CMOS工艺生产的ALPIDE在弯曲后仍保持其性能。结果表明，效率一般低于$10^{-4}$，独立于入射光束相对于传感器表面的倾斜和位置。这一令人鼓舞的结果证明，使用弯曲的MAPS是未来硅探测器设计的一个令人兴奋的可能性，因为不仅传感器可以在机械上经受住弯曲的考验，而且使其在内部跟踪层中具有吸引力的诱人属性与平坦状态相当。
2022-05-25 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
Upgrade of the ALICE Inner Tracking System
在2018/2019年LHC的长周期2期间，ALICE实验计划安装一个新的内部跟踪系统。它将取代目前的六层探测器系统与七层探测器使用单片有源像素传感器。升级后的内部跟踪系统将有显着改善的跟踪和顶点的能力，以及读出率，以应付预期增加的铅铅亮度的大型强子对撞机。单片有源像素传感器的选择是由ALICE的特定要求驱动的，ALICE是一种在低横向动量下处理稀有过程的重离子实验。这导致对于三个最内层，每层0.3 $% X/X_{0}$的材料预算的严格要求。此外，对于最内层中的最小偏置事件，探测器将看到平均$\sim 19 \mathrm{cm}^{-2}/\mathrm{event}$的大命中密度，并且必须承受最大700 kRad TID和$1\times 10^{13}$ 1 MeV n $_\mathrm{eq}/\mathrm{cm}^{2}$ NIEL的中等辐射负载。单片有源像素传感器探测器采用TowerJazz 0.18 $μ$ m CMOS成像传感器工艺在具有高电阻率外延层的晶圆上制造。这篇文章总结了最近的研发活动，并侧重于大规模像素传感器原型的结果。
2015-01-28 hep-ex physics.ins-det
The ALICE TPC: Optimization of the Performance in Run 2 and Developments for the Future
时间投影室是ALICE实验的主要跟踪和粒子识别探测器。CERN LHC在运行2（2015-2018）中提供的高亮度在探测器性能和效率方面提出了新的挑战。对硬件组件和校准软件进行了优化和进一步开发，以应对这些挑战并最大限度地提高数据质量。此外，在特定读出室的边缘处已经观察到电离电子的漂移路径的意外大的局部失真。这些失真是由源自读出室的离子引起的，导致TPC的漂移体积中的局部空间电荷累积。一个新的校准程序已被开发，以纠正空间电荷失真。已经进行了广泛的研究，以了解空间电荷的起源，以及找到一种方法来有效地减轻影响。对于2021年开始的运行3，升级后的TPC的新读出室将基于气体电子倍增器。这意味着一个内在的离子回流，导致大部分的TPC漂移量在最高亮度的大空间电荷失真。空间电荷效应的模拟和校准是新探测器软件框架的重要组成部分。
2019-09-09 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
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
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
Operational Experience with the ALICE Pixel detector
硅像素探测器（SPD）构成了ALICE实验内部跟踪系统的两个最内层，它是最接近相互作用点的探测器。作为一个顶点检测器，它具有生成触发信号的独特功能，有助于ALICE实验的L0触发。SPD从2009年LHC第一次pp碰撞开始收集数据，从那时起，它参加了所有pp，Pb-Pb和p-Pb数据采集活动。本文将介绍SPD的主要特点、探测器性能和运行经验，包括从运行1到运行2的校准和优化活动。
2016-11-16 hep-ex physics.ins-det
The ALICE TPC, a large 3-dimensional tracking device with fast readout for ultra-high multiplicity events
介绍了ALICE时间投影室的设计、建造和调试。它是CERN LHC的ALICE实验中用于模式识别，跟踪和识别带电粒子的主要设备。TPC为圆柱形，体积接近90 m^3，在平行于其轴的0.5 T螺线管磁场中运行。在本文中，我们详细描述了这个探测器的操作在极端的多重性环境中的中心铅-铅碰撞在LHC能量的设计考虑。硬件（场笼，读出室，电子），基础设施（气体和冷却系统，激光校准系统）和软件的实施导致了许多技术创新，这些技术创新与目前实现的探测器的所有主要组件一起介绍。我们还报告了完成第一轮独立校准运行后所实现的性能，并证明结果接近TPC技术设计报告中规定的结果。
2010-01-12 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
The ALICE Muon IDentifier
在LHC Run-I（2010-2013）和Run-II（2015-2018）期间，ALICE中μ子物理学的有趣事件的选择是使用专用的μ子触发系统进行的，该系统基于72个单间隙酚醛树脂电阻板室（RPC），以最大雪崩模式（无放大和7 mV阈值的AD前端电子设备）运行。从Run-III（从2021年开始）开始，为了充分利用Pb-Pb碰撞增加的亮度，ALICE实验将以连续读出（无闪烁）模式运行，μ子触发系统（MTR）将成为μ子识别器（MID）。读出电子设备正在升级，以支持连续读出。此外，为了提高RPC速率能力并减轻可能的老化影响，决定以较低的增益操作检测器，并将ADDIOR前端卡更换为配备放大级的新卡（FEERIC）。此外，将阈值分发系统升级到前端将允许在单前端卡级别调整阈值，而这在以前只能在单RPC级别进行。最后，由于目前安装在ALICE中的一些RPC在其认证寿命方面已经集成了不可忽略的电荷，因此大约25%的探测器将被替换为使用不同类型的酚醛树脂层压板建造的新探测器。本文件将详细说明中期审查的升级及其现状。
2020-09-11 hep-ex physics.ins-det
The upgrade of the ALICE Inner Tracking System
在$\mathrm{2019}-\mathrm{2020}$第二次长时间关闭LHC期间，ALICE实验的内部跟踪系统（ITS）将进行升级。ALICE ITS升级的主要目标是通过获取大量事件样本来实现对低动量粒子（< 1 GeV/c）的高精度测量，这得益于在运行3期间将$\mathrm{Pb}-\mathrm{Pb}$碰撞的LHC瞬时光度增加到$\mathcal{L} = 6 \cdot 10^{27} cm^{-2} s^{-1} $。ITS的升级项目正朝着这一方向努力，其重点是提高读出率、提高碰撞参量分辨率、提高跟踪效率和位置分辨率。主要的设置修改是用七层硅像素探测器代替当前的ITS。ALPIDE芯片是一种CMOS单片有源像素传感器（MAPS），它是为此目的而开发的，并提供5 $μ$ m的空间分辨率。MAPS与严格的机械设计一起使用，使得材料预算减少到最内层的0.35% $X_0$和外层的1% $X_0$。探测器设计在研发期间通过各种测试进行了验证，确保在ALICE内部的整个寿命内正常运行。生产阶段已接近完成，所有新组装的组件都将接受不同的测试，旨在表征模块和板条并确定其合格水平。本文介绍了探测器的设计，在研究和开发阶段进行的测量，以及生产状态。
2019-04-28 hep-ex physics.ins-det
From vertex detectors to inner trackers with CMOS pixel sensors
使用CMOS像素传感器（CPS）进行高分辨率和低材料顶点探测器已在RHIC/BNL的STAR-PXL探测器的2014年和2015年物理运行中得到验证。这打开了CPS用于内部跟踪设备的大门，其具有10-100倍的敏感区域，因此需要一种节省功率、响应均匀性和鲁棒性的传感器设计。用于STAR-PXL传感器的350 nm CMOS技术被认为太不适合即将到来的应用，如升级的ALICE内部跟踪系统（ITS），该系统要求传感器在读出速度和辐射耐受性上有一个数量级的改进。这引发了对更深的亚微米CMOS技术（Tower-Jazz 180 nm）的探索，以设计适应新ALICE-ITS运行条件的CPS。本文报道了一种适用于ALICE-ITS的CPS概念的研究与开发结果。
2016-04-11 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
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
Upgrade of the ALICE central barrel tracking detectors: ITS and TPC
ALICE合作将在第二次LHC长周期LS 2（2019-2020）期间对探测器设备进行重大升级，以应对2013年和2014年（2021-2029）。升级的目标有两个方面：i）提高跟踪精度和效率，特别是在低动量范围内; ii）提高实验的读出能力，以便充分利用LS 2之后设想的重离子的亮度。第一个目标将通过用一个新的跟踪器取代内部跟踪系统来实现，该跟踪器由七层硅像素探测器组成。新的跟踪器将由大约25000个单片有源像素传感器组成，具有快速读出功能，从而使材料厚度减少到辐射长度的0.3%（内层）- 1%（外层），粒度为$28\times28$ $μ$ m $^2$。除其他措施外，将通过用微图案气体探测器取代90 m $^3$时间投影室的读出室来实现第二个目标。特别是，新的读出室将由4个气体电子倍增器箔堆叠而成，并结合不同的孔间距。升级后的探测器将在不使用触发门控栅极的情况下连续运行。因此，它将能够以50 kHz的LHC相互作用速率记录所有Pb-Pb碰撞。
2018-07-20 nucl-ex physics.ins-det
The ALICE Silicon Strip Detector performance during the first LHC data taking
硅条探测器（SSD）是ALICE实验内部跟踪系统（ITS）的重要组成部分。从LHC质子-质子碰撞的早期阶段开始，SSD就全面投入运行，并参与ALICE开展的带电粒子探测和识别工作。SSD在900 GeV和7 TeV碰撞数据采集过程中的性能。系统的稳定性通过其校准参数的时间演变及其与环境条件的相关性来监测。组成SSD的260万个通道的固有噪声用于评估检测器效率。最后，性能方面的打击重建和能量损失的测量进行了讨论，参考全球跟踪和ITS独立的粒子识别进行的第一次碰撞事件。
2011-01-14 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the ALICE Inner Tracking System
内跟踪系统（ITS）是研究LHC重味产生的关键ALICE探测器。重味可以通过识别含有重夸克的短寿命强子来研究，这些重夸克的平均固有衰变长度在100-300 $μ$ m的数量级。为了完成这一任务，ITS由六个圆柱形硅探测器层（两个像素，两个漂移和两个条带）组成，径向覆盖范围为3.9至43厘米，每层材料预算为1.1%X0。特别是，两个最内层的属性定义了ITS在测量这种短命粒子的位移顶点时的性能。为了提高ALICE的物理能力，特别是重口味检测的跟踪性能，ITS升级的可能性进行了非常详细的研究。它将利用过去十年来在成像传感器领域取得的惊人进展，以及安装更小半径光束管的可能性。升级后的探测器将在以下方面有很大改进：碰撞参量分辨率、低$p_{t}$时的独立跟踪效率、动量分辨率和读出能力。概念设计报告于2012年9月公布，其中涵盖了设计和性能要求、升级选项以及必要的研发工作。一项密集的研发计划已经启动，以审查正在考虑的不同技术选择。新的探测器应该准备好在2017-2018年LHC长期关闭期间安装。
2012-11-22 hep-ex physics.ins-det
Prototype studies for a forward EM calorimeter in ALICE
基于SiW技术的前向电磁量能器（FoCal）被认为是ALICE探测器的可能升级。该装置应特别具有极高的粒度，允许γ/π 0辨别出非常高的动量。对于高粒度层考虑的主要选项是使用CMOS像素传感器。我们将讨论的动机和设计原则的建议量热计，然后将重点放在经验获得一个完整的CMOS像素量热计原型。该装置的初步结果显示出非常好的能力，簇射轮廓测量，和合理的结果的线性和分辨率，这是有限的，目前不完整的校准。
2013-08-12 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Commissioning of the Silicon Strip Detector (SSD) of ALICE
本文介绍了宇宙学SSD调试的最新结果。显示了检测器的硬件状态、前端电子设备、冷却、数据采集和与在线监测相关的问题。此外，实施和遵循的程序，以解决与其余的ITS子探测器的对准，以及在线和离线校准策略进行了描述。最后，从模拟以及从宇宙数据的重建，证明探测器的性能的结果，证明SSD是准备为即将到来的质子-质子数据拍摄。
2010-07-02 hep-ex physics.ins-det
Usage of GPUs for online and offline Reconstruction in ALICE in Run 3
针对ALICE Run 3中50 kHz Pb-Pb碰撞数据的处理需求，报告介绍了利用GPU优化TPC数据在线处理、拓展离线重建任务的经验及在Pb-Pb和pp处理中的性能表现。
2025-02-13 hep-ex physics.ins-det
Calibration of the discriminator threshold of the Amplifier-Shaper-Discriminator Chip for the Upgrade of the ATLAS Muon Drift-Tube Chambers for the High-Luminosity LHC
Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
针对ATLAS缪子漂移管室升级所用的新型放大器-成形-鉴别器芯片，利用单能高能缪子束数据完成其鉴别器阈值校准，该阈值对应20个原初电子信号，满足HL-LHC运行需求。
2026-08-26 hep-ex physics.ins-det
The MAPS-based ITS Upgrade for ALICE
LHC ALICE实验的内跟踪系统（ITS）升级是第一个基于CMOS单片有源像素传感器（MAPS）技术的大面积（$\sim$ 10 μ m $^2$）硅顶点探测器，它将灵敏体积和前端读出逻辑结合在同一块硅上。由于传感器薄（50-100~ $μ$ m）且冷却需求有限，结合轻质材料互连电路和支撑结构，该技术允许减少材料预算（最内层的目标值为0.3\%）。小的像素间距（$\sim$ 30~ $μ$ m）、层的位置（7个圆柱形层，半径从2.3~ 39.3 cm到束相互作用线）以及有限的材料预算将为ALICE实验提供极其精确的跟踪分辨率。高速率读出能力也将使ALICE能够在LHC Run~3中预期的50 kHz Pb-Pb碰撞速率下收集大量数据样本。新的ITS现在在地面组装，目前正在进行详尽的预调试阶段，包括独立校准和宇宙射线数据采集，这将在2020年4月安装在ALICE探测器之前完成。本文将介绍从建造和预调试阶段获得的经验，以及ALICE数据采集的安装和准备计划。还将简要讨论新ITS在MAPS技术未来应用的发展道路中所发挥的作用。
2020-01-09 hep-ex 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
Trigger and Timing Distributions using the TTC-PON and GBT Bridge Connection in ALICE for the LHC Run 3 Upgrade
欧洲核子研究中心的ALICE实验正在为第三阶段的数据采集运行（运行3）进行重大升级，届时大型强子对撞机（LHC）的高光度阶段开始。光束亮度的增加将导致高的相互作用速率，导致数据采集速率超过3 TB/秒。为了获取所有事件的数据并处理增加的数据速率，需要在读出电子器件架构中从触发到无触发器获取模式的转换。在这种新架构中，定义了一个称为通用读出单元（CRU）的专用电子模块，用作探测器数据聚合的节点通信点，以及定时、触发和控制（TTC）信息的分发点。升级后的无布线读出架构中的TTC信息使用两个异步高速串行链路连接：TTC-PON和GBT。我们已经进行了一项研究，以评估由CRU转发到使用TTC-PON和GBT桥接连接的连接电子设备的嵌入式定时信号的质量。我们使用了四个性能指标来表征通信桥：（a）固件逻辑增加的延迟，（b）PLL对定时信号的抖动清除效果，（c）用于定量测量信号质量的BER分析，以及（d）光收发器参数设置对信号强度的影响。通过执行电源开/关周期、固件升级和复位断言/解除断言周期（PFR周期）的多次迭代来进行桥连接在保持定时信号的相位一致性方面的可靠性研究。测试结果的TTC-PON和GBT桥通信链使用CRU原型和ALICE时序要求的遵守性能进行了介绍和讨论。
2018-06-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Performance of the ALICE Electromagnetic Calorimeter
本文评估ALICE电磁量能器在2010–2018年LHC运行中的性能，系统阐述其校准、修正、重建与验证方法，并利用测试束流和13 TeV质子-质子碰撞数据验证其对光子、轻介子、电子和喷注的测量能力。
2023-09-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Large-scale real-time signal processing in physics experiments: The ALICE TPC FPGA pipeline
University of Science and Technology of China (USTC)（中国科学技术大学）
ALICE TPC在LHC Run 3中升级为连续读取模式，需实时处理高达3TB/s的原始数据，通过定制FPGA流水线实现前端数据处理，包括共模校正、基底减去、离子尾过滤等，以提高高负载条件下的信号恢复精度。
2026-03-17 physics.ins-det
Sensor operating point calibration and monitoring of the ALICE Inner Tracking System during LHC Run 3
本文介绍了ALICE实验ITS2系统在LHC运行3期间的传感器工作点校准方法及监控策略，重点解决高精度跟踪效率和低横动量下的读出率挑战。
2026-09-07 physics.ins-det
Laser calibration of the ATLAS Tile Calorimeter during LHC Run 2
本文介绍了ATLAS瓦片量能器在LHC Run 2期间采用的Laser II激光校准系统及其方法，实现了对9852个光电倍增管响应波动的校正，总不确定度为0.5%，并报告了相关监测与性能研究结果。
2023-07-05 hep-ex physics.ins-det
