L High Level Trigger di CMS

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1 L High Level Trigger di CMS Universita di Milano-Bicocca e INFN Milano-Bicocca IFAE 2006

2 schema del talk HLT: necessita e strategia la struttura generale del trigger gli algoritmi e l identificazione di oggetti fisici conclusioni Pag 2

3 il flusso di dati a CMS ON-line OFF-line LEVEL-1 Trigger Hardwired processors (ASIC, FPGA) Pipelined massive parallel HIGH LEVEL Triggers Farms of processors dagli eventi misurati agli oggetti fisici Reconstruction&ANALYSIS TIER0/1/2 Centers 25ns 10-9 Pag 3 20 aprile µs 10-6 ms 10-3 IFAE 2006 sec 10-0 Giga year hour 103 Tera Petabit

4 il trigger di alto livello: HLT la dimensione (1MB) ed il rate (100 khz) degli eventi selezionati dal primo livello di trigger rappresentano una sfida senza precedenti il trigger di alto livello HLT di CMS e implementato in un unico passaggio, completamente a livello software, su una farm di PC commerciali Pag 4

5 Vantaggi dell architettura sw il trigger software e molto flessibile e facilmente adattabile a canali di fisica nuovi offre massima liberta in quali dati utilizzare e nella sofisticazione 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 dei calcolatori confrontata con le esigenze di CMS al tempo del DAQ TDR e previste per l inizio della acquisizione dati (2007) Pag 5

6 La farm di processing gli eventi L1 arrivano alle builder unit (BU) dai sotto-rivelatori, che formano gli eventi completi le filter unit (FU) richiedono il dispatch di eventi alle BU in modo asincrono e processano un evento per volta gli eventi selezionati vengono inoltrati ad uno storage manager (StoMan) che li salva su dischi di buffer Pag 6

7 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 Pag 7

8 Ricostruzione nel HLT regional reconstruction: applica gli algoritmi solamente alle regioni interessanti dei sotto-rivelatori (a partire dal livello 1) partial reconstruction: ricostruisce gli oggetti fisici quanto basta per selezionare gli eventi gli algoritmi sono suddivisi in sotto-livelli, per scartare il prima possibile gli eventi indesiderati gi eventi selezionati attraversano tutti i processi di selezione per essere suddivisi in stream successivamente Pag 8

9 elettroni e fotoni il primo sotto-livello (L2) consiste nella ricostruzione dell energia depositata in ECAL con cluster di cristalli contigui e nel recupero dell energia irraggiata per bremsstrahlung con cluster di cluster lungo la direzione ϕ (supercluster) super-cluster basic cluster Pag 9

10 l algoritmo completo al livello L2.5 viene propagata la posizione dei supercluster al rivelatore a pixel se si trova una sovrapposizione, la traccia viene ricostruita con tutto il tracker altrimenti, si applica una soglia per discriminare fotoni matching super-cluster pixel detector YES electron identification NO High E T cut YES NO photon identification jet rejection Pag 10

11 muoni LIVELLO 2 (solo rivelatori µ) parte dai candidati L1 ricostruisce la traiettoria dall interno verso l esterno con un Kalman filter secondo fit verso l interno forzato verso la regione di interazione risoluzione in Pt ~ 10% LIVELLO 3 (tracker) parte dai candidati L2 (regional reconstruction) ricostruisce la traiettoria nel tracker dall interno con un Kalman filter fit globale, dopo aver risolto eventuali ambiguita risoluzione in Pt ~ 1.5% Pag 11

12 i criteri di isolamento vengono implementati tre tagli di isolamento per sopprimere muoni provenienti da b,c,k,π cono attorno al muone (ΔR=0.2) con un cono di veto (ΔR=0.07) la soglia si applica su E T = α E T ECAL +E T HCAL (da 6.5 GeV a 9 GeV) applicabile a L2 cono attorno al muone (ΔR=0.2) e cono di veto (ΔR=0.015) la soglia si applica sulla somma di P T 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 cono attorno al muone (ΔR=0.2) la soglia si applica sulla somma di P T delle tracce attorono al µ tranne la sua (da 2.0 GeV/c a 3.0 GeV/c) applicabile a L3 Pag 12

13 getti l identificazione dei getti e fatta con un algoritmo a cono iterativo, con l apertura ΔR e la soglia di seed come parametri i parametri ottimali scelti sono ΔR=0.5 e come soglia sul seed 2 GeV l energia dei getti ricostruita va corretta per la non linearita nella risposta dei calorimetri ai pioni, per il rumore elettronico e per l energia di pile-up a causa della molteplicita dell evento, soprattutto ad alta luminosita si generano fake jet, che vanno scartati il campo magnetico di CMS sposta ad alto η particelle a bassa energia, alterando la distribuzione energetica dell underlying event e del pile up il rate di getti a CMS e molto elevato, quindi sono necessari algoritmi di trigger composti che associno ai getti richieste su altri oggetti fisici Pag 13

14 trigger associati selezione studiata per eventi del tipo A 0 /H 0 2τ stati finali con un leptone e un getto τ, due getti τ o solo un getto τ getti molto sottili con un cono di isolamento attorno identificare neutrini E T miss identificata come la somma vettoriale delle torri al di sopra di 500 MeV 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 Pag 14

15 rate ed efficienze Trigger 1e, 2e 1γ, 2γ 1µ, 2µ 1τ, 2τ Jet * Miss-E T 1-jet, 3-jet, 4-jet e * jet Inclusive b-jets Calibration/other Threshold (ε=90-95%) (GeV) 29, 17 80, (40*25) 19, 7 86, * , 247, * Indiv. Rate (Hz) Cumul rate(hz) efficienza di selezione del trigger per alcuni canali di fisica di riferimento trigger rate individuali e cumulati per varie tipologie di selezione e relative soglie di accettanza Channel H(115 GeV) γγ H(160 GeV) WW* 2µ H ZZ 4µ A/H(200 GeV) 2τ SUSY (~0.5 TeV sparticles) With R P -violation W eν W µν Top µ X Efficiency (for fiducial objects) 77% 92% 92% 45% ~60% ~20% 67% (fid: 60%) 69% (fid: 50%) 72% Pag 15

16 tempo CPU ~300 ms/evento su 1GHz Pentium-III CPU a bassa luminosita 50 khz output di L1 necessarie 2,000 CPU Trigger CPU (ms) Rate (khz) Total (s) 1e/γ, 2e/γ µ, 2µ τ, 2τ Jets, Jet * Miss-E T e * jet B-jets Pag 16

17 verso la presa dati la struttura dell HLT di CMS e sempre piu tangibile, sia dal punto di vista hardware che software Pag aprile 2006 IFAE 2006

18 problemi aperti sara necessario uno studio attento dei tempi di accesso on-line ai raw data gli algoritmi esistenti andranno raffinati e nuovi algoritmi implementati in funzione dei primi dati nuove selezioni con oggetti combinati saranno implementate, 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 migliorati con attenzione al tempo di calcolo impiegato dai processi durante la presa dati sara nota con precisione l occupancy degli eventi e, di conseguenza, l effettiva velocita degli algoritmi (regional reconstruction) Pag 18

19 conclusioni L HLT di CMS deve essere in grado di gestire un altissimo flusso di dati riducendo il rate di L1 da 100 khz a 100 Hz La selezione deve essere efficiente, inclusiva, stabile e flessibile per salvare al meglio soltanto i dati interessanti per la fisica e stata scelta una architettura software, implementata su una farm di computer commerciali questo modello e stato testato sia sul piano algoritmico che del computing la sua struttura permettera una precisa messa a punto del rivelatore dall inizio della presa dati Pag 19

20 ringraziamenti che cosa succede fuori CMS mille grazie a Giovanni Franzoni, Emilio Meschi, Michele Michelotto, Marco Paganoni, Lucia Silvestris, Marco Zanetti Pag 20

21 immagini Pag 21

22 tempo CPU: previsioni ~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 Trigger CPU (ms) Rate (khz) Total (s) 1e/γ, 2e/γ µ, 2µ τ, 2τ Jets, Jet * Miss-E T e * jet B-jets Pag 22