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20 aprile 2006 IFAE 2006 Pietro Govoni

L’High Level Trigger di CMS

Pietro Govoni

Universita’ di Milano-Bicocca e INFN Milano-Bicocca

IFAE 2006

20 aprile 2006 IFAE 2006Pag 2 Pietro Govoni

schema del talk

• HLT: necessita’ e strategia• la struttura generale del trigger• gli algoritmi e l’identificazione di oggetti fisici• conclusioni


il flusso di dati a CMS

LEVEL-1 TriggerHardwired processors (ASIC, FPGA) Pipelined massive parallel

HIGH LEVEL Triggers Farms of

processors

10-9 10-6 10-3 10-0 103

25ns 3µs hour yearms

Reconstruction&ANALYSISTIER0/1/2

Centers

ON-line OFF-line

sec

Giga Tera Petabit

dagli eventimisurati aglioggetti fisici


il trigger di alto livello: HLT

la dimensione (1MB) edil rate (100 kHz) degli

eventi selezionati dal primolivello di trigger

rappresentano una sfidasenza precedenti

il trigger di alto livello HLT di CMS e’implementato in un unico passaggio,completamente a livello software, suuna farm di PC commerciali


Vantaggi dell’architettura sw

• il trigger software e’ molto flessibile e facilmente adattabile acanali di fisica nuovi

• offre massima liberta’ in quali dati utilizzare e nellasofisticazione degli algoritmi

• gode al massimo dei benefici dallo sviluppo tecnologico• permette di minimizzare gli elementi costruiti “in casa”: costi

ridotti e facilita’ di manutenzione (prodotti di mercato)

l’evoluzione tecnologica deicalcolatori confrontata con leesigenze di CMS al tempo delDAQ TDR e previste per l’iniziodella acquisizione dati (2007)


La farm di processing

gli eventi L1 arrivano alle builderunit (BU) dai sotto-rivelatori, che

formano gli eventi completi

le filter unit (FU) richiedono il dispatchdi eventi alle BU in modo asincrono e

processano un evento per volta

gli eventi selezionati vengono inoltratiad uno storage manager (StoMan)

che li salva su dischi di buffer


caratteristiche dell’HLT

• ricostruisce e seleziona oggetti fisici (e,γ,µ,j,met,b,τ)• legge l’evento completo (massima granularita’ ed accesso a

calibrazioni ed allineamento)

• efficiente sui canali previsti per il programma di fisica di CMS• piu’ generale possibile per salvare eventi inaspettati• indipendente da una conoscenza precisa di calibrazioni ed

allineamento• deve essere possibile monitorarne le prestazioni• utilizza algoritmi al piu’ possibile aderenti all’analisi off-line

• limitato dal tempo CPU necessario agli algoritmi,• il rate di scrittura su supporto (100 Hz)• dalla precisione nella calibrazione ed allineamento


Ricostruzione nel HLT

• regional reconstruction: applica gli algoritmisolamente alle regioni interessanti dei sotto-rivelatori(a partire dal livello 1)

• partial reconstruction: ricostruisce gli oggetti fisiciquanto basta per selezionare gli eventi

• gli algoritmi sono suddivisi in sotto-livelli, perscartare il prima possibile gli eventi indesiderati

• gi eventi selezionati attraversano tutti i processidi selezione per essere suddivisi in streamsuccessivamente


elettroni e fotoni

basic cluster

super-cluster

il primo sotto-livello (L2) consiste nellaricostruzione dell’energia depositata inECAL con cluster di cristalli contigui e nelrecupero dell’energia irraggiata perbremsstrahlung con cluster di cluster lungola direzione ϕ (supercluster)


l’algoritmo completo

matching super-cluster ↔ pixel detector

YES NO

electronidentification

High ET cut

YES NO

photonidentification

jet rejection

• al livello L2.5 viene propagata la posizione deisupercluster al rivelatore a pixel

• se si trova una sovrapposizione, la traccia vienericostruita con tutto il tracker

• altrimenti, si applica una soglia per discriminare fotoni


muoni

LIVELLO 2 (solo rivelatori µ)• parte dai candidati L1• ricostruisce la traiettoria

dall’interno verso l’esternocon un Kalman filter

• secondo fit verso l’internoforzato verso la regione diinterazione

• risoluzione in Pt ~ 10%

LIVELLO 3 (tracker)• parte dai candidati L2

(regional reconstruction)• ricostruisce la traiettoria

nel tracker dall’interno con unKalman filter

• fit globale, dopo aver risoltoeventuali ambiguita’

• risoluzione in Pt ~ 1.5%


• cono attorno al muone (ΔR=0.2)• la soglia si applica sulla somma di PT delle tracce attorono al µ

tranne la sua (da 2.0 GeV/c a 3.0 GeV/c)• applicabile a L3

• cono attorno al muone (ΔR=0.2) con un cono di veto (ΔR=0.07)• la soglia si applica su ET = α ET

ECAL+ETHCAL (da 6.5 GeV a 9 GeV)

• applicabile a L2

i criteri di isolamento

vengono implementati tre tagli di isolamento persopprimere muoni provenienti da b,c,K,π

• cono attorno al muone (ΔR=0.2) e cono di veto (ΔR=0.015)• la soglia si applica sulla somma di PT delle tracce puntanti allo

stesso vertice del µ L3 nei pixel (da 1.8 GeV/c a 3.8 GeV/c)

• applicabile a L2 o L3


getti

• l’identificazione dei getti e’ fatta con un algoritmo a conoiterativo, con l’apertura ΔR e la soglia di seed comeparametri

• i parametri ottimali scelti sono ΔR=0.5 e come soglia sulseed 2 GeV

• l’energia dei getti ricostruita va corretta per la nonlinearita’ nella risposta dei calorimetri ai pioni, per il rumoreelettronico e per l’energia di pile-up

• a causa della molteplicita’ dell’evento, soprattutto ad altaluminosita’ si generano fake jet, che vanno scartati

• il campo magnetico di CMS sposta ad alto η particelle abassa energia, alterando la distribuzione energeticadell’underlying event e del pile up

• il rate di getti a CMS e’ molto elevato, quindi sononecessari algoritmi di trigger composti che associno aigetti richieste su altri oggetti fisici


• basato sullo studio del parametro di impatto• regional reco e partial reco• e’ necessario calcolare la posizione del

vertice primario• la ricostruzione della direzione dei getti e’

cruciale

• identificare neutrini• ET

miss identificata come la somma vettoriale delletorri al di sopra di 500 MeV

• selezione studiata per eventi del tipo A0/H0→2τ

• stati finali con un leptone e un getto τ, duegetti τ o solo un getto τ

• getti molto sottili con un cono di isolamentoattorno

trigger associati


rate ed efficienze

955237Inclusive b-jets

815180 * 123Jet * Miss-ET

43980, (40*25)1γ, 2γ

10510Calibration/other

90119 * 52e * jet

899657, 247, 1131-jet, 3-jet, 4-jet

76486, 591τ, 2τ

722919, 71µ, 2µ

343429, 171e, 2e

Cumulrate(Hz)

Indiv.Rate (Hz)

Threshold(ε=90-95%) (GeV)

Trigger

72%

69% (fid: 50%)

67% (fid: 60%)

~20%

~60%

45%

92%

92%

77%

Efficiency (forfiducial objects)

W→µν

SUSY (~0.5 TeV sparticles)

H(160 GeV)→WW* →2µ

Top→µ X

W→eν

With RP-violation

A/H(200 GeV)→2τ

H→ZZ→4µ

H(115 GeV)→γγ

Channel

trigger rate individualie cumulati per varietipologie di selezione erelative soglie diaccettanza

efficienza di selezionedel trigger per alcuni canali

di fisica di riferimento


tempo CPU

1500.5300B-jets

1320.8165e * jet

1703.450Jets, Jet * Miss-ET

3903.01301τ, 2τ

25563.67101µ, 2µ

6884.31601e/γ, 2e/γ

Total (s)Rate (kHz)CPU (ms)Trigger

• ~300 ms/evento su 1GHz Pentium-III CPU• a bassa luminosita’ 50 kHz output di L1• necessarie 2,000 CPU


verso la presa dati

la struttura dell’HLT di CMS e’ semprepiu’ tangibile, sia dal punto di vista

hardware che software


problemi aperti

• sara’ necessario uno studio attento dei tempi diaccesso on-line ai raw data

• gli algoritmi esistenti andranno raffinati e nuovialgoritmi implementati in funzione dei primi dati

• nuove selezioni con oggetti combinati sarannoimplementate, aumentando i tempi di calcolo

• gli effetti dovuti al fascio nella macchina (beam halo)andranno tenuti in considerazione nelle selezioni

• gli attuali algoritmi saranno continuamente miglioraticon attenzione al tempo di calcolo impiegato daiprocessi

• durante la presa dati sara’ nota con precisionel’occupancy degli eventi e, di conseguenza, l’effettivavelocita’ degli algoritmi (regional reconstruction)


conclusioni

• L’HLT di CMS deve essere in grado di gestireun altissimo flusso di dati riducendo il rate diL1 da 100 kHz a 100 Hz

• La selezione deve essere efficiente,inclusiva, stabile e flessibile per salvareal meglio soltanto i dati interessanti per lafisica

• e’ stata scelta una architettura software,implementata su una farm di computercommerciali

• questo modello e’ stato testato sia sulpiano algoritmico che del computing

• la sua struttura permettera’ una precisamessa a punto del rivelatore dall’iniziodella presa dati


ringraziamenti

mille grazie a Giovanni Franzoni, Emilio Meschi, MicheleMichelotto, Marco Paganoni, Lucia Silvestris, Marco Zanetti

che cosa succede fuori CMS


immagini


tempo CPU: previsioni

1500.5300B-jets

1320.8165e * jet

1703.450Jets, Jet *Miss-ET

3903.01301τ, 2τ

25563.67101µ, 2µ

6884.31601e/γ, 2e/γ

Total(s)

Rate(kHz)

CPU(ms)

Trigger

• ~300 ms/event on a 1GHz Pentium-III CPU• Physics start-up (50 kHz LVL1 output):• need 15,000 CPUs• Moore’s Law: 2x2x2 faster CPUs in 2007

• ~ 40 ms in 2007, ~2,000 CPUs• ~1,000 dual-CPU boxes in Filter Farm

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