Arbeitspaket 2 - Echt-Zeit Datenprozessierung

Viele der PNI Experimente liefern eine Serie aufeinanderfolgender Einzelaufnahmen (Bilder) mit hohen Bildraten und großen Mengen an Detektor- und Hilfs-Daten in jedem Bild. Gewöhnlich beginnt die Auswertung der Daten auf Basis der einzelnen Aufnahmen, gefolgt von einer Auswertung aller Bilder. Anschliessend werden die Ergebnisse visualisiert und archiviert. Ein Online-System zur Daten-Analyse muß schnell sein und muß eine hinreichend große Flexibilität aufweisen um die Anforderungen sehr unterschiedlicer Analyse-Szenarien eines breiten verschiedener Experimente zu erfüllen.

Die Entwicklung der verschiedenen Anwendungen für ein solches System sollte von den Experimenten mit den höchsten Anforderungen an die Daten bestimmt werden, wie zum Beispiel Small Angle Scattering (zeitaufgelöste in-situ SAXS, SANS und Rasterscanning micro/nano-SAXS), Neutronen time-of-flight-Experimenten, Micro-Tomographie, Coherent Diffraction Imaging, X-ray Photon Correlation Spectroscopy, X-ray Ion Coincidence Spectroscopy, microfluoreszens Tomographie, und makromolekularer Kristallographie.

Die Architektur des Daten-Analyse-Systems für due Echtzeit-Bewertung der Daten für multi-dimensionale Pixel-Detektoren ist in dem Datenfluss-Schema (s.u.) skizziert. Die Prozessierung der Daten ist in zwei Domänen aufgeteilt, die durch die Datenraten mit den heutige PC-Technologie zurande kommt definiert werden. Das AP beabsichtigt die Entwicklung einer hoch-performanten Compute-Systems auf der Basis einer Einzel-PC Platform. Der interne Systembus (PCIe) bietet ein exzellente Bandbreite und verfügbare high-end graphic processors units (GPUs) können die benötigte parallele Rechenkapazität bereit stellen. Diese Computing-Zelle wird mit den Daten vom Pixel-Detektor gefüttert (einschließlich einer Analog-Digital-Konvertierung). Ein wesentlicher Teil der Experimente würden stark davon profitieren einzelne Prozessierungsschritte direkt in einer geeigneten Hardware abzubilden, um so die Datenvolumina vor der Auswertung im PC zu reduzieren. Am anderen Ende der Prozessierungskette werden die Daten für eine spätere Analyse gepseichert. Echzeit-Datenanalyse wird helfen die Menge gespeicherter Daten zu reduzieren und gleichzeitig die Qualität der Daten zu evaluieren.

Vereinfachtes Schema des Datenflusses bei PNI Einrichtungen.

Dies Arbeitspakete konzentriert sich auf drei Kern-Aspekte der Echtzeit Qualitätsprüfung:

• Datenprozessierung mit dedizierter Hardware
• Echt-Zeit Daten-Bewertung mit parallelisiertem Computing
• Analysise-Methoden und Anwendungen