Speaker
起铭 梁
(华中师范大学)
Description
国内计划依托SHINE装置的8 GeV电子束开展固定靶实验，旨在进一步探究核子内部结构。实验的径迹探测器拟采用微结构气体探测器（MPGD），通道总数约42万。超大通道规模对读出系统的集成度和实时在线处理能力提出挑战。此外，系统在实验初期不仅需要适配多种前端读出方案，还需为其他子探测器读出提供可行的硬件复用能力，这要求其具备通用性与可扩展能力。为此，本文将开展模块化系统研究，并基于此系统设计支持2000通道的MPGD读出原型样机。
ATCA架构具备强单板供电能力、高散热性能和宽裕的物理尺寸，不仅可以支撑高密度的芯片集成，也为模块化布局提供充足的空间条件。依托上述优势，系统采用ATCA载板搭配后插板的架构，可支持最多4个AMC子卡以适配多种读出任务需求。其中，ATCA载板集成XCKU15P高性能FPGA承担高带宽数据处理与传输任务；后插板搭载XCZU9EG FPGA芯片兼顾高速传输与系统全局控制。系统可通过多通道光纤通信接口对接基于PCIe的数据获取系统，也可独立支持100G RDMA技术，直接实现与高性能网络的对接。
MPGD读出的初版原型样机的前后端电子学间采用Type-C和DP线以电信号方式实现命令与数据的传输。前端板集成4片SAMPA芯片以支持128通道读出；ATCA载板上的AMC子卡则搭载XC7K325T FPGA芯片以提升数据处理与接口拓展能力。整个系统配置2套ATCA板卡，以满足2000通道的读出需求，并在单事例32采样点的配置下最高支持约150 kHz事例率。在硬件搭建与逻辑开发的基础上，开展了整机功能与性能测试，并初步完成了与探测器的联合调试，全面验证了系统方案的可行性。
