Кабельные оптические сборки компании SYLEX позволили ученым ЦЕРН обнаруживать редкие физические события

Мировые объёмы данных – текущая ситуация

За последнее десятилетие сильно возросла пропускная способность центров обработки данных и телекоммуникационных приложений. В свою очередь это потребовало увеличения плотности внешних интерфейсов ввода/вывода. Требования по скоростям передачи данных уже превышают пределы возможностей обычных медных кабелей и приблизились к пределу возможностей устройств, работающих через соединения из меди.

График 1. Глобальный IP-трафик в петабайт/месяц. Источник: компания Cisco Systems, опубликовано в Википедии.

Надписи:

Для обеспечения требуемых характеристик для магистральных коммутаторов, маршрутизаторов и высокопроизводительных вычислительных систем, встраиваемые оптические модули устанавливаются непосредственно на печатных платах. Это помогает решить ряд проблем разработчика: улучшает надёжность передачи сигналов, упрощает контроль температуры модуля, повышает плотность размещения каналов данных и заодно повышает электромагнитную совместимость и защиту от электростатики.

На рынке представлено большое количество волоконно-оптических решений для межсоединения встраиваемых оптических модулей. Пример – компания SYLEX, производящая кабели с разъемами PRIZM® LightTurn®, одобренные US CONEC. Эти разъёмы представляют собой волоконно-оптические сборки, предназначенные для встраиваемых оптических модулей компании Avago Technologies.

Технология сборок

Разъем PRIZM® LightTurn® был специально разработан как низкопрофильный, миниатюрный съемный разъем для встраиваемых модулей Avago MiniPOD® и MicroPOD®. Патч-корды с PRIZM® на концах могут быть в виде плоского шлейфа (flat ribbon) или как круглый кабель в защитной оболочке (round cable). Шлейф позволяет повысить плотность установки модулей, а круглый кабель обеспечивает более гибкую прокладку и повышенную защиту оптоволокна от внешних воздействий.

SYLEX также производит заказные кабельные сборки разной длины с разъёмом PRIZM® LightTurn® с одной стороны и стандартным MTP® (или набором LC) – с другой. Таким образом, даётся множество вариантов соединения встраиваемой оптики с внешними модулями типа QSFP+ или SFP+.

Разъем PRIZM® LightTurn® обеспечивает пассивное выравнивание жил кабеля и допускает неоднократное соединение и извлечение. Внутри используется матрица линз с полным внутренним отражением, чтобы повернуть световой поток в сторону приемника Avago (или от передатчика Avago).

Пример реального использования – экспериментальная исследовательская установка CMS

С разрешения Грегори Илеса (Gregory Iles), Имперский колледж Лондона, Исследовательская группа HEP (Imperial College, HEP Research Group). Оригинал статьи доступен на сайте: http://www.hep.ph.ic.ac.uk/mp7/background.html

Компактный мюонный соленоид CMS (англ. CMS – Compact Muon Solenoid, у нас пока используется именно английское сокращение) является один из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц на Большом адронном коллайдере (БАК), эксперименты на котором проводит ЦЕРН – Европейская организация по ядерным исследованиям. БАК предназначен для исследования различных типов физики, которые могли бы быть обнаружены в энергичных столкновениях. Некоторые из этих исследований заключаются в подтверждении или улучшенных измерениях параметров Стандартной Модели в физике, в то время как многие другие направлены на решение проблем в области поиска новой физики. Однако здесь имеются очень большие технологические проблемы, связанные с выделением интересующего события из большого количества отельных фоновых процессов и их последующая реконструкция. В БАК протоны сталкиваются с частотой 40 МГц, однако редкие события, такие, как те, которые содержат бозон Хиггса, происходят гораздо реже. Так что сохранение каждого события является практически невыполнимой задачей. Чтобы это выполнить потребовалась бы скорость передачи выходного потока данных выше 5000 Тбит/с, что значительно превышает все современные имеющиеся на настоящее время технологические возможности.

Чтобы быть уверенными, что эти редкие события извлекаются из получаемого большого объема фоновых процессов, CMS использует сложную двухуровневую систему запуска, выполняя быструю реконструкцию событий, прежде чем решить, следует ли сохранить это событие или потерять его навсегда. Первый слой системы запуска, уровень Level-1 (L1) Trigger, должен быть способен невероятно быстро выполнять эту задачу, которая намного превосходит миллионы событий в секунду и, следовательно, она требует высокопроизводительной специально разработанной для этой цели электроники. (Подробно про устройство Компактного мюонного соленоида CMS можно прочитать на http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/detectors/det_c/cms.htm)

Разработка новой платформы – Master Processor 7

С разрешения Грегори Илеса (Gregory Iles), Имперский колледж Лондона, Исследовательская группа HEP (Imperial College, HEP Research Group). Оригинал статьи доступен на сайте: http://www.hep.ph.ic.ac.uk/mp7/background.html

Чтобы быть в состоянии обнаружить вышеупомянутые события в ходе экспериментов с использованием CMS, была разработана новая платформа. Разработанный специалистами Имперского колледжа Мастер Процессор на базе Virtex-7 (Master Processor – МР7) является высокопроизводительным полностью оптический процессором обработки потока данных, который предназначен для работы в описанных выше чрезвычайно сложных условиях системы запуска CMS на БАК. Используя ПЛИС седьмого поколения Virtex-7 компании Xilinx, предназначенную для высокопроизводительных систем, и ультрасовременные оптоволоконные технологии, Мастер Процессор МР7 имеет возможность обеспечить ввод и вывод данных со скоростью 3/4 Тбит в секунду, что эквивалентно среднему мировому трафику всей сети Интернет в 2001 году.

Эти особенности имеют решающее значение в работе триггера в БАК, где интервал времени между считыванием и обработкой большого объема данных от детектора подсистем равен всего 3,2 мкс, что эквивалентно обработки данных со скоростью до 10 Тбит в секунду. Устройство МР7 является базовым процессором платы триггера для обновления данных калориметра CMS чьи возможности, как ожидается, будут использоваться в экспериментах на пучках частиц в БАК. Это позволит достичь улучшения физической производительности детектора CMS для работы с частицами более высоких энергий и в условиях высокой яркости.