COM Expres

Kleines Modul für große Aufgaben

| Autor / Redakteur: Josef Fromberger* / Ines Stotz

Der LHCb Magnet im CERN
Der LHCb Magnet im CERN (Bild: CERN / Fotograf: Peter Ginter)

Das Europäische Kernforschungszentrum CERN in Genf suchte für die Virtualisierung der Server, die zur Überwachung eines der Experimente im Teilchenbeschleuniger dienen, smarte Knotenpunkte. Schlanke 1HE Racksysteme mit je vier Prozessormodulen stellen nun sicher, dass die Daten besonders effizient und ausfallsicher verarbeitet werden.

LHCb ist eines von vier Experimenten am Large Hadron Collider (LHC), besser bekannt als Teilchenbeschleuniger. Es erforscht die kleinen Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie, um der Frage nachzugehen, warum unser Universum hauptsächlich aus Materie und nicht aus Antimaterie besteht. Diese Experimente laufen noch mindestens bis ins Jahr 2018 und nutzen ein 4.500 t schweres Detektorsystem mit rund 1 Mio. Sensoren. Diese registrieren die unterschiedlichen Teilchen, die bei der Kollision von nahezu lichtschnellen Protonen im rund 27 km langen Ringbeschleuniger entstehen. Das Detektorsystem setzt sich aus mehreren Subdetektoren zusammen. Jeder ist darauf spezialisiert, unterschiedliche Parameter wie Spurverläufe oder Energie-Werte zu messen. Bei 2.000 Ereignissen pro Sekunde entsteht stündlich die beträchtliche Datenmenge von 250 GB.

Das Detektionssystem

Diese Daten werden von den Sensoren der Detektor-Elektronik über Lichtwellenleiter an modulare Rechnersysteme geleitet, welche die Daten des Experiments vorverarbeiten. Jedes System hat eine eigene Aufgabe und verarbeitet bis zu 38 Gbit/s Rohdaten. Diese sendet es sodann über 4 GbE Links zu einem Datenaufnahmesystem. Die real genutzte totale Bandbreite der Rechnersysteme des Detektionssystems beträgt rund 50-60 GByte/s und bildet die Datengrundlage für die Analyse und Resultate des Experiments. Ausgeführt sind diese Systeme in rund 100 VME- sowie rund 400 ELMB-Systemen (Embedded Local Monitor Board).

Condition Monitoring System überwacht die Experimente

Um die Verfügbarkeit des mit 1 Mio. Sensoren höchst komplexen Detektionssystems während der ebenfalls nicht minder komplexen Experimente stets sicherzustellen, wird es von einem eigenen Kontrollsystem überwacht. Dieses soll gewährleisten, dass sich alle Elemente des Detektionssystems im vorgeschriebenen Zustand befinden, damit die teuren Experimente nicht umsonst gemacht werden. Zudem erlaubt das Kontrollsystem Aktionen auszuführen wie das Ein- und Ausschalten, das Setzen der Ausgangsspannungen, das Setzen der Grenzwerte für Ausgangsströme und die Änderung der Lüftergeschwindigkeit der Systeme.

Dabei folgt das Monitoring der VME- und ELMB-Systeme einem einfachen Prinzip: Solange bei der Überwachung der Komponenten keine Anomalität festgestellt wird, werden alle nötigen Parametrierungen des Zustands der Elektronik automatisch ausgeführt. Nur wenn eine Anomalität festgestellt wird, muss ein Mitarbeiter eingreifen und den Fehler beheben.

In jedem Rechner des Detektionssystems ist hierfür ein CAN-Slave integriert, welcher die lokale Überwachungsinstanz des vernetzten Monitoring Systems darstellt. Diese Slaves wurden in der Vergangenheit über Monitoring-Server mit einer direkten Verbindung (über USB) zu einem CAN-Master überwacht und gesteuert.

Ergänzendes zum Thema
 
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