B013 Muon Trigger 402.06.04 Darin Acosta, L3 Manager, Muon - PowerPoint PPT Presentation

B01–3 Muon Trigger 402.06.04 Darin Acosta, L3 Manager, Muon Trigger, 402.06.04 2-3 February 2016 D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 1 ¡

Outline § WBS definition § Basis of Estimate § Schedule § Cost and Labor Profiles § Risk and Contingency § R&D status and plans § ES&H and QA § Summary Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ 2 ¡

402.0X Organization Chart to L3 (L4 for tracker) 402.06 ¡ Trigger ¡ Jeff ¡Berryhill ¡(FNAL) ¡ 402.06.03 ¡ 402.06.04 ¡ 402.06.05 ¡ Calorimeter ¡Trigger ¡ Muon ¡Trigger ¡ Track ¡Correlator ¡ Wesley ¡Smith ¡(UW) ¡ Darin ¡Acosta ¡(UF) ¡ Rick ¡Cavanaugh ¡(UIC) ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ 3 ¡

CMS Muon Trigger Personnel § Darin Acosta (U. Florida) – US CMS HL-LHC L3 Muon Trigger Project Manager § CMS Level-1 Trigger (co)Project Manager, 2012-16 § US CMS Phase 1 Upgrade L3 Muon Trigger Project Manager 2013 – present § US CMS CSC Track-Finder project, 1998- present § Ivan Furic (U. Florida) § CSC and EMU Track-Finder projects, 2008-present § Paul Padley (Rice U.) § US CMS EMU Project Manager 2006-2012 § US CMS EMU Port Card, Clock Card, and Sorter projects, 1998 – present § Alexei Safonov (Texas A&M) § US CMS EMU CSC Trigger Motherboard project § Darien Wood (Northeastern U.) § US CMS EMU electronics manager § CSC and EMU Track-Finder projects § Alex Madorsky (U. Florida) – Muon Track-Finder Trigger Lead Engineer § Nearly two decades of engineering on CMS Trigger, EMU, and Track-Finder – since 1999 § Delivered CSC Track-Finder Trigger for CMS § Delivered Phase-1 EMU Track-Finder upgrade electronics and firmware § Mike Matveev (Rice U.) – Muon Port Cards and Sorter Lead Engineer § Over a decade of engineering on CMS Trigger, EMU, Port Cards, Sorter – since 1999 § Delivered CSC Clock and Control Board and Muon Sorter for CMS § Delivered Phase-1 EMU Track-Finder upgrade electronics and firmware Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ 4 ¡

WBS Definition Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ 5 ¡

Level-1 Trigger Architecture U.S. ¡covers ¡fracTon ¡ (endcap ¡region) ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 6 ¡

CMS Muon System and Trigger Overlap : ¡ ¡ Barrel: ¡ ¡ DT, ¡RPC, ¡CSC ¡ Dri\-­‑Tubes ¡(DT) ¡and ¡ResisTve ¡Plate ¡ Chambers ¡(RPC) ¡ Current ¡trigger ¡ parTToning ¡in ¡η ¡ Endcap : ¡ ¡ Cathode ¡Strip ¡ Chambers ¡(CSC), ¡ RPC, ¡plus ¡GEM, ¡ ¡ iRPC ¡for ¡HL ¡LHC ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 7 ¡

Endcap Muon Track-Finding § Link CSC (+RPC, +GEM) trigger primitives into 3D tracks § Measure p T , φ , and η in non-uniform fringe field in endcap § Send candidates to Global Correlator and to Global Trigger η φ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 8 ¡

Design Requirements and Goals § Incorporate additional HL LHC muon detectors to improve performance § Efficiency, redundancy, improved P T measurement (see next slide) § Report all standalone muon coordinates and momenta in convention to facilitate global correlation with silicon tracks (which leads to improved rate reduction) § Larger output bandwidth than current phase-1 system § Add acceptance to non-prompt muons for sensitivity to new physics scenarios § Homogenize the standalone muon track-finding layer for ease of maintenance and developments § Hardware, firmware, algorithms § Most changes and challenges are in the forward region, the traditional US responsibility D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 9 ¡

HL LHC Standalone Muon Trigger § New detectors in forward region to add redundancy and enhance trigger § GEM in first 2 layers § Improved RPC in outer layers § Additional inputs and improved angular information (bend angle) for track-finding for better efficiency and rate rejection Rate only in GE1/1 region 1.5 ¡Tbps ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1 ¡Tbps ¡ ¡0.5 ¡Tbps ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1 ¡Tbps ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 10 ¡

HL LHC Muon-Track Correlation More ¡on ¡this ¡in ¡correlator ¡talk ¡ § Match standalone muons to tracker tracks, take L=5E34 measurements from track § P T resolution improves from Actual ¡ O(20%) to 1-2% legacy ¡ § Sharpens turn-on efficiency Expected ¡ HL ¡LHC ¡ § Factor 5 − 10 rate reduction Phase ¡1 ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 11 ¡

HL LHC Detector Dataflow 10° ¡chamber ¡ CMS ¡TDR-­‑013 ¡ § GE1/1 detectors (first station) § One 3.2 Gbps GBT link per 10° chamber going to off-detector electronics for trigger § 72 chambers à 0.25 Tbps for GE1/1 § Outer stations 2,3,4 § Assume same bandwidth per station for additional GEM and iRPC layers § Total additional bandwidth: 1 Tbps § Track-Finding implication: § Leads to at least a 50% increase in the input dataflow to the forward track-finding region § A larger number of hits sent to pattern recognition logic, and more tracking calculations to perform (e.g. angles) 1.5 ¡Tbps ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1 ¡Tbps ¡ ¡ ¡0.5 ¡Tbps ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1 ¡Tbps ¡ for optimal P T assignment ¡ o Much larger FPGA usage D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ 12 ¡

WBS Overview § WBS includes all Engineering and Technical activities as well as M&S to produce the muon L1 trigger upgrade electronics. § The system takes as its input the Trigger Primitive data on optical fibers from the CSC, DT, RPC, and GEM detector electronics and provides reconstructed standalone muon tracks for the CMS Correlator and Global triggers. § WBS includes managing production of the cards, engineering in support of the production of the cards, procurement of the optical components, FPGAs and all other components on the muon L1 trigger upgrade electronics. § WBS also includes fabrication of the PCBs and assembly of the finished muon L1 trigger upgrade electronics. § Costs associated with production of boards are assumed to be consistent with the costs experienced with the Phase 1 Trigger Upgrade with appropriate economies of scale applied when quotes justify them. § Less expensive optical parts and FPGAs lack bandwidth to process trigger data in planned number of cards and crates, resulting in a multiplication of the system in size by factors of 2-4, which costs significantly more in both M&S and labor. § Technology extrapolations may potentially reduce costs but not included. Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ 13 ¡

402.06.04 WBS: Muon Trigger I § 402.06.04.01 Muon Trigger Management § 402.06.03.01.01 Muon Trigger Milestones, Interfaces § 402.06.03.01.02 Muon Trigger Travel § 402.06.04.02 Muon Track-Finder Trigger § 402.06.03.02.01 Muon Track-Finder Trigger M&S (Detail Next Slide) § 402.06.03.02.02 Muon Track-Finder Trigger Engineering § 402.06.03.02.03 Muon Track-Finder Trigger Technical Work § 402.06.03.02.04 Muon Track-Finder Trigger FW § 402.06.03.02.05 Muon Track-Finder Trigger SW § 402.06.04.03 Muon Global Sorting Trigger § 402.06.03.03.01 Muon Global Sorting Trigger M&S (Detail Next Slide) § 402.06.03.03.02 Muon Global Sorting Trigger Engineering § 402.06.03.03.03 Muon Global Sorting Trigger Technical Work § 402.06.03.03.04 Muon Global Sorting Trigger FW § 402.06.03.03.05 Muon Global Sorting Trigger SW § 402.06.04.04 Muon Trigger Infrastructure § 402.06.03.04.01 Crates and Power Supplies M&S § 402.06.03.04.02 Cables, Fibers and Patch Panel M&S § 402.06.03.04.03 Test Facilities M&S § 402.06.03.04.04 Infrastructure Engineering § 402.06.03.04.05 Infrastructure Technical Work Director's ¡Review ¡-­‑-­‑ ¡HL ¡LHC ¡Muon ¡Trigger ¡ D. ¡Acosta, ¡2-­‑Feb-­‑2016 ¡ 14 ¡