Relazione referee LHCb LHCb upgrade e richieste 25/03/2013 I Referee: E. Gallo, S. Malvezzi, T. Spadaro, P. Spagnolo.

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1 Relazione referee LHCb LHCb upgrade e richieste 25/03/2013 I Referee: E. Gallo, S. Malvezzi, T. Spadaro, P. Spagnolo

2 L’upgrade di LHCb – Outline 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI  Timeline del progetto  Timeline interazioni referee INFN/LHCb e prospettive CTS/LHCb  Il mandato dei referee pre-CTS  Stato del progetto per i sottosistemi e commenti referee  Stato del progetto per i Common Funds e commenti  Commenti generali 2

3 L’upgrade di LHCb – General timeline 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI 2006-2008 – First meetings on LHCb upgrade and panels April 2008 - Expression of Interest submitted to LHCC  Physics case, L~2 x10 33 cm -2 s -1, from 10 to ~100 fb -1, from 1.1 to 40 MHz readout March 2011 – Letter of Intent submitted to LHCC (endorsed June 2011)  L=10 33 cm -2 s -1, 5 fb -1 /y from 2018 for 10 years, trigger with x20 on hadronic modes May 2012 – “Implications of LHCb measurements” submitted to ESPP June 2012 – Framework TDR submitted to LHCC and funding agencies  L=10 33 cm -2 s -1,  = 2, bunch crossing of 25 ns, detectors have to run up to 2x10 33  Envelope 57 MCHF, ~30% on CF, INFN interest for  system, RICH, Trigger   system: 1.8 MCHF, RICH: 9.4 MCHF, upgrade of PID detectors: 3.5 MCHF  RICH &  system TDR for Nov 2013, TRG/DAQ TDR for the end of 2015  First infrastructure installed @LS1, construction 2013-17, installation @LS2 3

4 L’upgrade di LHCb – Caso di fisica 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI  Caso di fisica ampio e considerato tra le priorita’ dello ESG  Su molte misure LHCb e’ piu’ performante dei competitors (Belle-II, BES-III) 4

5 LHCb upgrade – Timeline interazioni INFN 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Sep 2012: Raccomandazione necessita’ chiara roadmap previa sottomissione a CTS  Upgrade estende il run di LHCb fino a dopo LS2 (fino a ~2028-30)  Risorse non trascurabili rispetto costo iniziale LHCb, contributo INFN quotato 8.1 MCHF: Fine 2012 – 2013: run di test per sistema muoni ad alto pile-up, alta luminosita’ 4 Mar 2013: Presentazioni risultati test e status dell’upgrade ai referee 20 Mar 2013: Risposte a domande tecniche e chiarimenti 25 Marzo 2013: Presentazione CSN1 + referaggio Dal piano presentato dalla collaborazione LHCb Italia: Giugno 2013: Possibile sottomissione a CTS Luglio 2013: Possibile prima audizione CTS Settembre 2013: Allocazione prime risorse SJ ad approvazione progetto upgrade Autunno 2013: Parere CTS Inizio 2014: Decisione Direttivo INFN, possibile sblocco SJ e inizio produzioni 5 Muoni3.4RICH1.7Calo/TRG0.6Infrastr.0.75Farm (postp. 2017)1.5

6 Interpretazione del referaggio pre-CTS 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI E’ utile ribadire la struttura decisionale delineata nello Statuto Art. 9, comma 2: sono Organismi consultivi dell’Istituto: a) le Commissioni Scientifiche Nazionali b) il Comitato Tecnico-Scientifico Art.4, comma 2: L’istituto basa la propria attivita’ di ricerca [...] e la organizza, di norma, in linee scientifiche. [...] Nella pianificazione delle iniziative con maggiore impatto economico l’Istituto si avvale del parere di congruita’ del Consiglio Tecnico-Scientifico Art. 17, comma 8: Le Commissioni Scientifiche Nazionali [...] elaborano [...] b) pareri sugli aspetti scientifici e tecnologici e valutazioni sugli aspetti finanziari e organizzativi delle singole proposte di ricerca; c) il piano di gestione delle risorse annualmente assegnate dal Consiglio Direttivo, in conseguenza delle scelte di programmazione scientifica dallo stesso operate; Art. 18, comma 4: [...] su richiesta del Consiglio Direttivo, il Consiglio Tecnico- Scientifico e’ chiamato a valutare tempestivamente la congruita’ delle risorse umane ed economiche e l’adeguatezza delle infrastrutture dei singoli progetti 6

7 Interpretazione del referaggio pre-CTS 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI7 Consiglio Direttivo CSN1CTSProponenti CSN1 Decisione Commissioni Scientifiche Di norma Maggiore impatto economico congruita’ Parere aspetti scientifici/tecn/finanziari

8 Interpretazione del referaggio pre-CTS/2 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Come referee, interagiamo con la collaborazione ed entriamo nel merito della proposta di upgrade, fornendo alla CSN una informazione circa:  La motivazione e l’impatto scientifico  La capacita’ di raggiungimento degli obiettivi che si propone  La fattibilita’  Lo stato di avanzamento, l’opportunita’ di ottimizzazione/chiarificazione di determinati aspetti Forniamo alla CSN l’informazione di cui sopra, consci che:  E’ il processo di interazione presso il CTS che completa questo processo e fornisce un giudizio di congruita’ al Direttivo  La CSN mantiene il mandato di esprimere pareri anche comparativi circa i progetti finanziati col bilancio assegnatoLe dal Direttivo  L’utilizzo di entrambi i pareri al fine decisionale e’ materia del Direttivo 8

9 LHCb upgrade – Sistema muoni 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Presentazione dettagliata 4 Marzo 2013 + integrazione 20 Mar:  Nuove schede di Digital readout a 40 MHz (TELL40)  Sostituzione progressiva della quasi totalita’ dei componenti del FEE  Eliminazione delle schede per logica di trigger e vecchio sistema clock  Nuove inner chambers della stazione M2, tecnologia GEM  Spares per camere MWPC Coinvolge 3235 kCHF con una attivita’ suddivisa in due fasi:  Fase1, 2013-2017: Produzione pre-LS2: TELL40 (960)+ Off-detector Electronics (990) + Spares MWPC (345): 2295 kCHF  Installazione 2018  Fase 2, dopo 2018: Produzione nuovo chip FE (250) + GEM-based M2R12 (360) + elettronica (330): 940 kCHF  Installazione a winter shutdown progressiva da 2019 in poi 9

10 Sistema muoni – commento referee 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Commenti su fattibilita’/conformita’ progetto a prestazioni attese:  Progetto di revisione corposa, garantirebbe run ad alta performance fino al 2028  Prestazioni del sistema in linea con necessita’ delle analisi future  Manpower commensurato alle attivita’, riutilizzo di facilities esistenti Commenti specifici, Fase 1:  Stima costi TELL40 piuttosto stabile, duty di LHCb Italia per i muoni  Possibilita’ di sostituzione parziale delle board intermedie, consentendo ottimizzazione dei costi, al livello di qualche centinaio di kCHF  Quantita’ e tipi delle spares MWPC stabilita per numero e tipo sulla base del rate di sostituzioni osservato, OK  Necessita’ di sostituzione delle camere interne (M2R12) suggerita dalla quantita’ di carica integrata (~0.5 C/cm per LS3). Tecnologia GEM ben conosciuta in operazione di run e R&D necessario in fase 1 ha buona probabilita’ di successo 10

11 Sistema muoni – commento referee 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Commenti specifici Fase 2:  Ottenuta maggiore chiarezza circa le inefficienze grazie ad analisi dei run di test di fine 2012: contributi dead time/space-charge/readout  Effetto degli alti rate mitigato grazie alla logica di acquisizione ridondante  Inefficienza globale mitigata dall’uso di trigger di singolo muone  Necessita’ di R&D per la produzione dei nuovi chip legata a granularita’ nuove camere M2R12, ma produzione a Fase 2 e’ SJ all’esperienza in run Commenti generali muon upgrade:  Revisione del contributo Fase 2 possibile sulla base dell’esperienza durante il run  Possibile ottimizzazione di risorse fino a 500 kCHF 11

12 LHCb upgrade – RICH 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Presentazione dettagliata 4 Marzo 2013 + integrazione 20 Mar:  Nuovi fotodetectors e meccanica  Design generale da stabilirsi: RICH1 upgrade & RICH2 vs Nuovo RICH2  Attesa decisione su nuovo chip FE: validazione CLARO vs MAROC-3  Prestazioni attese del sistema RICH in operazione in fase di studio Attivita’ italiana con contributo per 1920 kCHF (contingency inclusa) su un totale di 9440 kCHF: 1. Nuovi fotorivelatori, MaPMT Hamamatsu R11265 (1100 kCHF) 2. Meccanica supporto fotorivelatori + shielding (220 kCHF) 3. Elettronica FE, CLARO (600 kCHF) 12

13 RICH – commento referee 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Commenti generali:  Nuovi collaboratori FE (+7.5 FTE) e PD (+4.3 FTE), garantiscono manpower per:  disegno e produzione housing dei MaPMT (GE)  caratterizzazione fotorivelatori (MI)  sviluppo/produzione/test chip di FE, CLARO (MI-FE)  simulazione fotorivelatori, ottimizzazione geometria, schermi magnetici (PD)  Design generale ancora da stabilirsi: l’ottimizzazione della geometria e’ legata anche ad esigenze di spesa e, pur non impattando direttamente sui task italiani, resta un punto da chiarire in pochi mesi: TDR e’ previsto per Nov. 2013  Prestazioni attese sistema RICH in operazione in studio: vedi sopra  Decisione su nuovo chip FE attesa per fine giugno: punto delicato, per garantire che il coinvolgimento italiano abbia una caratterizzazione intellettuale significativa Profilo temporale di spesa per il contributo italiano da ottimizzare 13

14 LHCb upgrade – Trigger tracker 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Presentazione nuovo gruppo di Milano il 4 Mar 2013:  Propone ingresso nella collaborazione per 4.6 FTE  Contributo all’upgraded trigger tracker, un upstream tracker a silicio  Elettronica di readout (ibridi, fanout a basso materiale)  struttura di supporto/cooling  Contributo risorse di laboratorio elettronica e officina meccanica/progett.  Contributi richiesti per 480 kCHF su 6200 kCHF per ibridi e cooling, per un item sfidante e sofisticato, attualmente scoperto Commenti generali:  Il contributo coinvolto e’ in linea con la frazione di FTE aggiunta  Attivita’ con caratterizzazione intellettuale di buon livello  Il gruppo di MI ex-Super B ha esperienza precedente in questo campo 14

15 LHCb upgrade – DAQ 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Il gruppo di Bologna, tradizionalmente inserito nelle problematiche di online di LHCb, contribuira’ all’architettura dell’upgraded DAQ:  Link ottici (GBT) dal FE alle readout boards (TELL40)  Sistema di readout (da FPGA sulle mezzanine delle AMC40 a HLT) Proposta ottimizzazione infrastruttura di rete, tramite utilizzo di bus PCIe:  Piu’ efficiente utilizzo della banda in I/O  Possibile senza uso di risorse generali dell’FPGA  Ottimizzazione del numero di link ad alta banda e quindi dei costi Contributi richiesti per 1764 kCHF:  Link GBT (324) + Produzione TELL40 (1080) + Sviluppo InfiniBand/PCIe (360) Commenti generali:  Parte corposa del contributo coinvolto (1440 kCHF) va a sottrarsi ai CF  Attivita’ con caratterizzazione intellettuale di alto livello, ben inserita in LHCb  Il gruppo di BO propone soluzioni tecnologiche poi recepite in LHCb 15

16 Common funds 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Contributo per CF al 17% (frazione LHCb Italia ora 17.6% da 14.9% con nuovi ingressi): 2665 kCHF su un totale di 15670 kCHF:  Elettronica (425) + infrastruttura (425) + DAQ (1815)  LHCb Italia ha raggiunto un accordo con la collaborazione internazionale per la produzione in Italia delle boards AMC40 su TELL40, per un totale di 1440 kCHF Possibili sviluppi per contributi ulteriori ai CF:  Progetto di trigger di basso livello per tracce adroniche (cut on Pt, IP; lower cut on Pt) ad opera di PI che, se validato dalla collaborazione a fine 2013, potrebbe consentire di ottimizzare CPU per l’HLT  Statement dello spokesman che il risparmio in CPU andrebbe a coprire i costi del nuovo trigger anche fino ai 1200 kCHF di CF residuo  Contributo intellettuale nella progettazione di architetture alternative basate su GP-GPU per l’HLT (PD) 16

17 Common funds - commenti 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Il contributo signficativo di CF suggerisce di individuare una quota di fondi taggata su attivita’ caratterizzanti di LHCb-Italia  LHCb Italia ha fatto seri sforzi in questa direzione, impegnando 1440 kCHF / 2660 kCHF (il 54%) per le AMC40 in Italia  Il progetto di trigger di basso livello per tracce adroniche e’ una possibilita’ potenzialmente promettente, ma il suo stato di sviluppo embrionale e la necessita’ di essere metabolizzato all’interno di LHCb non consentono di giudicare al momento sui restanti 1200 kCHF  Sulla scala dei tempi che LHCb-Italia si e’ data per il processo decisionale sull’upgrade, la fattibilita’, i costi e il risparmio connessi al punto precedente potrebbero essere chiarificati  La ricerca di architetture alternative per l’HLT (GP-GPU, XeonPhi, ecc.) attrae interessi ed energie in LHCb, ma resta al momento non chiaro determinare quale direzione verra’ scelta  Invitiamo LHCb-Italia ad individuare eventuali nuovi contributi in-kind che possano impegnare i 1200 kCHF residui 17

18 LHCb upgrade – commenti generali 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Muon system 3235 kCHF: Buono stato di avanzamento, progetto performante, ci attendiamo ottimizzazioni nei prossimi mesi, finalizzato sulla scala dei mesi (TDR Nov 2013) RICH 1920 kCHF: manpower ora OK, mancanza design finale e scelta chip di FE rimangono preoccupazioni da fugare al piu’ presto, profilo temporale di spesa da ottimizzare, finalizzato sulla scala dei mesi (TDR Nov 2013) Trigger/DAQ/GBT 1764 kCHF: OK, alto valore aggiunto su soluzioni Infiniband/PCIe, schedula temporale piu’ rilassata (TDR 2015) Upstream Trigger Tracker 480 kCHF: positivo inserimento, cooling e low- mass cables divengono item italiani, R&D completato per meta’ 2014 Common funds 2665 kCHF − 1440 kCHF destinati ad items italiani: prospettive sui restanti 1225 kCHF interessanti ma embrionali, da chiarirsi entro alcuni mesi Totale 8624 kCHF di cui 940 kCHF destinati a Fase 2, cioe’ interventi dopo LS2 18

19 LHCb upgrade – commenti generali 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Caso di fisica di alta priorita’: vieppiu’ dopo chiusura Super B Collaborazione ricettiva dei nostri commenti e richieste: due meeting a Marzo, risposte dettagliate a molte domande tecniche, disponibilita’ a ottimizzare Rafforzamento di LHCb Italia da gruppi ex-Super B (+15 FTE): percentuale di PhD equivalenti in LHCb cresciuta da 14.9% a 17.6% (CF al momento valutati per il 17%) Design in via di definizione: la collaborazione si e’ data delle milestones piuttosto aggressive. Se mantenute, situazione compatibile con un processo di review del CTS tra giugno e novembre (TDR attesi per novembre). 19

20 LHCb upgrade – commenti generali 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Continuiamo ad assistere il processo, fino all’analisi del documento finale che LHCb preparera’ per il CTS Per come interpretiamo il processo decisionale:  CTS potra’ valutare la congruita’ generale del progetto nell’INFN  CSN1 potra’ valutare la congruita’ del progetto entro la dinamica del proprio bilancio  Consiglio Direttivo potra’ utilizzare i pareri di congruita’ degli organi consultivi e decidere sul progetto stesso  [Giunta Esecutiva potra’ esprimere parere motivato al Consiglio Direttivo circa “le richieste di risorse finanziarie e di personale” connesse (Art14, comma 5, capo c, Statuto INFN)] 20

21 Word of the day: congruita’ 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Còngruo agg. [dal lat. c ŏ ngruus, der. di congru ĕ re]  conveniente, proporzionato, rispondente a determinate esigenze, opportuno: promettere un c. compenso; retribuzione c. alle necessita’ della vita; presentarsi a un’ora congrua (Treccani.it)  Che corrisponde a qlco. Sin. Adeguato, proporzionato (Sabatini- Colletti)  Conveniente, adeguato, proporzionato a determinati bisogni, esigenze e sim.: abbiamo venduto l’immobile per un c. prezzo (Zingarelli, X ed.) 21

22 Anagrafica LHCb in evoluzione: 2013... 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI22 RicercatoriPhDTecnologiTOT Autori FTEN N N N BA1.72 20.852 BO/CNAF5.461.011.838.2100.827 CA6.470.827.290.808 FE3.141.010.114.260.704 FI5.36 60.885 GE2.441.013.450.683 LNF7.090.427.5110.689 MIB4.271.010.215.490.605 PD2.23 30.703 PI2.13 30.703 RM13.980.924.8100.486 RM22.83 30.933 TOT47.5634.044.21154.7770.71158

23 Anagrafica LHCb in evoluzione:...2014 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI23 RicercatoriPhDTecnologiTOT Note FTEN N N N BA1.72 20.85 BO/CNAF5.461.011.838.2100.82 CA6.470.827.290.80 FE7.3104.040.4211.7160.73+7.5FTE FI5.36 60.88 GE2.441.013.450.68 LNF7.090.427.5110.68 MIB4.271.010.215.490.60 PD5.171.426.590.72+4.3FTE PI2.64 40.65+0.5FTE RM13.980.924.8100.48 RM22.83 30.93 MI3.750.724.470.63Nuovo gruppo TOT57.8787.076.61671.41010.711+16FTE, ~20% aut.

24 Richieste blocchi di risorse SJ 25/03/2013Report Referee LHCb - Riunione Nazionale CSN1 - MI Richieste connesse con l’ingresso di nuovi gruppi ex SuperB Ferrara missioni  Da 4.2 a 11.7 FTE: +5 Ricercatori al 70% +1 tecnologo al 30% + 3 dottorandi  W. Baldini ora deputy PL dei muoni  Dei 15 kE assegnati resta attualmente disponibilita’ di 6.4 kE  Chiedono sblocco di 5 kE SJ Pisa missioni  Anagrafica in aumento, degli 8.5 kE assegnati restano 1.3 kE  Chiedono sblocco di 5 kE SJ Genova consumi  Aumento costi prototipi housing PMT, chiedono 5 kE di sblocco SJ Bologna consumi  R&D su link GBT non potra’ essere effettuato nel 2013: richiesto sblocco 20 kE e allocazione per test su protocollo PCIe (considerato anticipo R&D 2014) In attesa degli sblocchi ex-SuperB, i referee sono d’accordo nel proporre questi sblocchi alla CSN 24