English Title: Design of a trigger layout and the corresponding implementation of a 200 GB/s readout network for the ALICE transition radiation detector

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Abstract

Intelligente Triggersysteme erlangen durch den Einsatz moderner Informationstechnologie in der Hochenergiephysik immer größere Bedeutung. Gerade bei Schwerionenexperimenten wird eine große Anzahl an Teilchen erzeugt, durch die enorme Datenmengen entstehen. Mit einer frühzeitigen Filterung der Daten und dem Verwerfen uninteressanter Ereignisse kann die Effizienz des Gesamtsystems maßgeblich gesteigert werden. Im Experiment ALICE am CERN werden dabei neue Wege beschritten. Beim Übergangsstrahlungsdetektor werden die erfassten Signale noch auf dem Detektor mit über 65000 Multi-Chip-Modulen parallel verarbeitet. Über ein Auslesenetzwerk gelangen die aufbereiteten Daten an eine globale Spurrekonstruktion, die zu der Entscheidung beiträgt, ob das Ereignis verworfen oder weiter bearbeitet werden soll. In dieser Arbeit werden ein Triggerkonzept für den Übergangsstrahlungsdetektor entwickelt und das Auslesenetzwerk implementiert. Eine besondere Herausforderung liegt dabei im effizienten Zusammenspiel der genannten Verarbeitungsstufen. Durch Simulationen und Analysen wird das Gesamtsystem daraufhin optimiert. Wie sich herausstellt, spielt die Auslese dabei eine wesentliche Rolle. In diesem Zusammenhang wird außerdem ein Design-Fluss für den eingesetzten ASIC erarbeitet. Die Untersuchungen zeigen, dass durch Optimierungen den extremen Anforderungen an dieses komplexe System Rechnung getragen werden kann. Während einer Strahlzeit wurden erste Prototypen erfolgreich getestet. Das Gesamtsystem befindet sich zur Zeit im Aufbau und wird 2008 in Betrieb gehen.

Translation of abstract (English)

Through the use of modern information technology, intelligent trigger systems are gaining more and more importance in high-energy physics. Particularly in heavy ion experiments, the large number of generated particles results in an enormous amount of data. By filtering the data at an early stage and discarding irrelevant events, the efficiency of the entire system can be raised significantly. The ALICE experiment at CERN breaks new ground in this respect. With the Transition Radiation Detector, the acquired signals are processed parallel right on the detector using more than 65000 multi-chip modules. Via a readout network, the preprocessed data arrives at a global track reconstruction unit, which contributes to the decision whether an event is discarded or further processed. In this thesis, a trigger concept for the Transition Radiation Detector is developed and the readout network is implemented. A special challenge is to achieve an efficient interaction of the above processing stages. By means of simulations and analyses, the entire system is optimized in this regard. It turns out that the readout process plays a decisive role. In this context, a design flow for the used ASIC is developed. The analyses show that through optimizations the extremely high demands made on this complex system can be met. During a beam time, first prototypes have successfully been tested. The entire system is currently being assembled and will be brought on line in 2008.