architettura hlt

ATLAS/CMS WorkshopBologna 24/11/2006

Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti

Livelli “Hardware”Level-2Le RoI da LVL1 sono analizzati con piena granularita` (conferma di LVL1)Combinazione con altri sotto-rivelatori (proiettività di RoI)Latenza 10ms Output LVL2 2 kHz. Event FilterDopo Event Building. Tutto l’evento è accessibile (latenza 2s). Ricostruzione di qualità offline.Accesso a calibrazioni più raffinate

Output rate OO(100) Hz

Implementati software -> Riutilizzo del codice offline. Qualche differenza: (eventi on-line persi per sempre, ambiente multithread (ATLAS),tempo di latenza degli algoritmi,…)Le catene di trigger sono organizzati in slices: Elettrone/, muone, jet, Met, tau, b-tagging e b-physics.Meccanismo di Steering/Scheduling per girare il trigger HLT: ●Conversione e calibrazione dei dati●Algoritmi di Trigger (calcolo delle grandezze) nell’ordine corretto●Ipotesi di trigger (decisione se accettare o meno un evento)

Livelli “Logici”EVENT BUILDINGLevel-2.0Ricostruzione e selezione standalone Muon and Calo selection. L1seededLevel-2.5Match con pixel (e/ e muoni)Level-3Ricostruzione di qualità “offline” conAlgoritmi e calibrazioni più accurate Output rate OO(100) Hz

Architettura HLT

SCARTARE EVENTI ASAP



• LVL1 selection based on local signatures: coarse granularity in muon detectors and calorimeter .

• Further rejection using full granularity muon, calo and access inner detector data in the same eta,phi projections

• RoI are the geometrical location of a LVL1 signature.

• RoI passed to LVL2 where it is quickly translated into a list of corresponding readout buffers (ROB)

• Close association (RoIDET,,)<->ROB

• LVL2 requests RoI data (1%~2% of whole event) from ROD (Read Out Drivers) sequentially, one detector at a time, only transfers as much data as needed to reject the event.

• ->Order of magnitude reduction in dataflow bandwidth, at cost of more control traffic

Divide et ImperaRoI concept specific to ATLAS

CMS ha un concetto simile implementato software. Solo hits in roi sono ricostruiti, calibrati. Algoritmi HLT da semi LVL1

Region of Interest: RoI (ATLAS)



Seed da LVL1Ricostruzione standalone nelle camere a muoni (Risoluzione ~10%)Isolamento nei calorimetri (meno efficiente con elevata lum). Selezione di da W/Z e topPixel matching (problematico in scenario staged)Isolamento con pixelTrack matching e fitting (Risoluzione ~ 1%)Isolamento con tracce (CPU consuming)

b->X

Lum=2.1033

Muon HLT: CMS

Tempi (L=1033):Conversioni dati: da 0.7ms-2.4ms (unpacking non incluso)L2 Calo: 600 ms Isolamento: 100L3: 420 msIsolamento Pixel/Track 65ms/190ms



MS MS StandAloStandAlonene

B Physics processor

MS+CALOMS+CALO

MS+IDMS+ID

MS+ID (JPsi)MS+ID (JPsi)

Isolation Isolation MS+CALOMS+CALOMS+IDMS+ID

~2 kHz(6) @ 1033

~23 Khz75 KHz

10 ms latency time

~ 200 Hz

LVL2 SelectionLVL2 Selection

Offline Algo Offline Algo “wrapped”“wrapped”

2 s latency timeEF SelectionEF Selection

MS SAMS SA

MS MS ExtrapolatedExtrapolated

MS+IDMS+ID

Resolution with “perfect” alignment

Resolution with 200m mis-alignment

4

7

6

5Res

olut

ion

(%)

4

0 20 40 60 80

Output EF Rate L=1033 ||<1

6 8 10 20 Soglie (GeV)

Muon HLT: ATLAS

MS StandAlone



Migliore risoluzione->Curva di efficienza più ripida in prossimità di sogliaDecadimenti in volo/K soppressiTempi totali LVL2 <10msIn particolare LVL2 SA~2ms

Eff

vs

PT

Rate per mu6 L=1033 (Hz)||<1

5806807501600b

290350400900c

3333W

15002130380013500Tot

6001100270011000/K

Bkg LVL2

(MS+ID)

LVL1 LVL2 (MS)

EF

Muon HLT: ATLAS



HLT Trigger slice electron/gamma inizia con ricostruzione calorimetrica: (<t>~3.2 ms)Track matching (per elettrone) Si+TRT ~ 15 ms+ 5 ms

E/P (Elettrone)Offline vs EF

H-> invariant mass @ Trigger Level

91.0

94.6

97.0

220||160

55 Hz

70 Hz

132 Hz

8 Hz

26 Hz

370 Hz

81.686.2LVL2

69.181.6EF

84.591.4LVL1

Trigger 220 160

Trigger Eff for H->(MH=120) wrt offline selection

Rates per 1033

Electron/Gamma HLT: ATLAS



Electron/Gamma HLT: CMS



Bkg Eff H-> (MH=115)

99.498.7LVL2

99.193.4LVL2.5

92.092.0LVL3

83.777.0Overall

92.390.8LVL1

Eff (%) Fid Offline

Electron/Gamma HLT: CMS

Tempi (L=1033):Conversioni dati: ~4ms (unpacking non incluso)L2 Calo: 150msL2.5: 32 msL3: 100ms

01 Z->ee2e15

22 (-jet)1g80

502g35:20

43Total

2310 (W->e)1e26

Final Rates (Hz) L=2.1033

Signal



Commissioning: Passato

Combined Test beam nell'Estate 2004Vari test:funzionalita` della catena di trigger HLTmeccanismo di accesso ai datiLVL2 MU SA e EF MU SA (Cross Checks) parte integrante del

sistema DAQ a H8. Test a H8 hanno dimostrato il funzionamento della catena di

trigger online

LVL2 MU SA



Commissioning: PresenteDeployment della farm HLT a ATLAS



Farm HLT sistema complessoNel 2006 quattro “run tecnici” per “girare” un sottoinsieme realistico di farm HLTche comprende il sistema HLT intero ReadOutSystem, L2 Processing Unit, SFI e Event Filter Processing Unit48 ore di run -> Stabilita`, error recovery, operation, stabilita`, scalabilita`

Commissioning: Presente



2007-200845 kHz (dipende dai soldi)

1kHzO(200Hz)(1,5 MB/evt)

Nominal75 kHz (100 kHz con deadtime)

2 kHzO(200Hz)(1,5 MB/evt)

LVL1LVL2

EF

HLT “Staged” sia per ATLAS che per CMS

Run 2007 (√s=900 GeV)Commissioning di detector e triggerPileUp, fondi e tempi non saranno un problemaHLT in modo “trasparente”: Algoritmi vengono eseguiti ma nessuna selezioneSelezione Min Bias a LVL1 o HLT

ATLAS

CMS con 1 (2007) poi 4 (2008) DAQ slices (nominali 8 in 2010) L1 rate 12.5 kHz (2007) 50 kHz (2008) 100 kHz(2010)

ATLAS Run 2007Minimum Bias based on MTBS, Lucid or PixelsZero bias (prescaled 100)Muon: Max windows (only phi projection) pt>~5GeVCalo: EM or Tau (Pt>10 GeV)

Jet +MET (Pt>25 GeV)

LVL14 kHz5 kHzO(1) HzO(10Hz)O(10Hz)

Table HLTPS100 & HLT traspPS100 & HLT traspHLT transparentHLT transparentHLT transparent

HLT4050O(1)O(10)O(10)

Per ATLAS studiare la possibilita`di LVL2 in full scan con tutto lévento (no RoI)

Commissioning: Futuro

CMS Run 2007LVL1 Selezione Minimum Bias 4kHz

HLT Selezione su emulazione algoritmi LVL1 per diminuire il rate a O(100) Hz



Eventi minimum bias interessanti per Fisica:Capire Underlying Event in MC generators (Pythia TuneA @ CDF), paragone con UA5Selezione con meno bias e piu` efficiente ->Misura efficienze di LVL1, LVL2, EF (non nel range di maggior interesse per fisica LHC)Fondi per processi di fisicaOltre a LVL1 (MBTS) selezione Minmum Bias possibile a LVL2:Occupanza di pixel (da LVL2 in poi)Altri forward detectors (LUCID per ATLAS cf talk L. Fabbri, probabilmente non nel 2007)

min bias pixel point occupancynoise pixel point occupancy

Run 2007



√s=14 TeV Lum=1030-1031

Tabella di trigger deve soddisfare diverse richieste:Rivelatori:Continuare commissioning del rivelatoreCampioni per calibrazioni, alineamenti, fondi strumentali, studi del rivelatoreFisica:Campioni di controllo (per stime di fondi dai dati)Segnale per fisica SM: Fisica W/Z J top :overlap con TevatronSegnale per Fisica BSM: (Bs->, Z',SUSY canali esclusivi)“Polizza di assicurazione” per analisi di fisica: copertura con selezione LVL1 loose, e HLT in flag mode (nessuna richiesta di isolamento all'inizio)Trigger:Campioni per misirare efficienze (trigger prescalati, standard candles)Ottimizzazione Trigger per il futuroMacchina:Condizioni di fascio di LHC cambieranno molto (numero di bunch, luminosita`, qualita` dei fasci, etc...)

Run 2008



study

3

80

570

65

240

5400

50

1000

LVL1 Rate

study

Trasp

Trasp

PS

Trasp|HLT

PS

PS

Trasp

PS|HLT

HLT

32em20i

102em10

study2em7

802em20

em25

65|10em25i

50mu15

10em10

4mu4

Trigger HLT Rate

10PS&HLT7000TAU10i

2Trasp2J60+XE30

Em25+XE20

SUMET300

XE30

2j90

J100

J80

j60

j40

j20

Trigger

90

1000

500

7

15

40

100

400

1750

LVL1 Rate

5PS|HLT

10PS||HLT

10PS||HLT

7Trasp

4PS

15Trasp

2.7PS

3.3PS

3.5PS

HLT HLT Rate

Totale HLT <250 Hz Sostenibile da Atlas

HLT Trigger Table @ 10^31: Esempio ATLASOVVIAMENTE PRELIMINARE

Tabella di Trigger: Run 2008



Selezione per Z/W e top non problematica per HLT a 10^31. Sufficiente selezione LVL1 alto Pt (1mu20, 1e20, etc… )Necessità di selezionare (o prescalare) i trigger a soglie piu`basse (mu6, mu4, em7,…). Due possibilità:Richiedere maggiore molteplicità (2mu4, 2em7 per J/Psi) Perdita di eficienza e soglie in Pt troppo alteImplementare in HLT trigger specifici per J/Psi. (Sia J/Psi->mm che J/Psi->ee)

ATLAS J/Psi->mumuLVL1 richiede 1mu4LVL2 apre RoI abbastanza grandi per selezionare secondo mu sotto soglia in ID. Richiesta di matching con almeno un hit nel MSEff = 70% per rate LVL2 ~10Hz

Run 2008: Selezione a Bassa Soglia

Effi

cien

za v

s PT

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10PT (GeV)



Esempio ATLAS. Spettro in PT di Jet inclusivi

Start with the inclusive jet spectrum

Apply Prescales

Get triggered jet spectrum

Esempio CMS

Run 2008: Trigger Jet

Importante avere distribuzione in PTcon stessa statistica in bin di PT di leading jet (per esempio misura dei fake rate)Attenzione ai conteggi doppi (trigger di jet ad elevata molteplicita`)Calibrazioni in energia



Misura dell'efficienza vs PT della selezione HLT muoniMisura efficienza LVL2: Selezionare eventi con EF/LVL3 e controllare il risultato LVL2Misura efficienza EF/LVL3: ViceversaMetodo del “doppio oggetto”: selezionare muoni inclusivi (1muX) e controllare il 2muX (Efficienza anche di tutta la catena di trigger) Paragonare l'efficienza per muX con emX.

Misura Efficienze HLT: Esempio Muoni

For (µ20)>70% statistical uncertainty after 30min at L=1033cm-2s-1: ~1-2%



CMS Tabella di Trigger: L=1033

CMS Total HLT Rate ~120 Hz (L=1033)



ATLAS Tabella di Trigger: L=2.1033

b-jets inclusivo

Di-tau-jet

Tau jet inclusivo

Elettrone + jet

~2560Fotone Isolato

20Doppio Fotone Isolato

~1026 mB/mJ/yB-physics

~ 200

~20

~5

~20

~25

~40

~40

Rate (Hz)

Totale

Altri (pre-scales, calibration, …)

35, 45Tau + Energia mancante

70, 70Jet + Energia mancante

400, 165, 110Singolo Jet, 3 Jet, 4 Jet

15Doppio Elettrone Isolato

25Elettrone Isolato

10Doppio Muone

20Muone Isolato

Soglia (GeV)Oggetto di Trigger



Il sistema di Trigger di CMS e ATLAS devono far fronte alle richieste di LHC. I principali algorimi di trigger per selezionare i canali per la fisica sono implementati. Rates, efficienze sono sotto controllo (anche con staging) Le performances sono soggette a incertezze: stato della simulazione, controllo dei fondi di caverna, sezioni d'urto di processi di fondo. L'ottimizzazione delle strategie di trigger in corso. Sia ATLAS che CMS hanno iniziato a fare interagire le comunita` del Trigger con quelle delle Analisi di Fisica

I sistemi di trigger “finali” sono stati testati o in fase di testing. (Test beams, run di cosmici). Procedure di calibrazione in via di test. Nel prossimo anno necessita` di passare al “full detector” (tipicamente un ordine di grandezza). Run di cosmici necessari ma NON sufficienti. Commissioning del LVL1: capirlo per il run 2008. HLT con “schedula” meno stretta. Ma necessario lavoro per installazione/commissioning farm HLT

Conclusioni

architettura hlt

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