基于深度压缩技术的Hybrid像素探测器读出系统原型机研制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11875146
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2806.在线与离线数据处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The new Hybrid pixel detector not only features high position resolution, but also provides information of time and energy, which could be widely used in high energy physics experiments and other fields. Ultra-high collision rates of colliders will generate massive data. This project is conceived to be used to develop scalable readout system prototype machine, which takes and compresses data from pixel microchips, and transmits to computing center. Besides, we will lay emphasis on developing deep compression algorithm through neural networks; convolutional neural networks are used to compress information of position and energy, and Long Short-Term Memory (LSTM) networks are used to handle time information with relatively long delay. This project will also discuss how to shrink the parameter storage and computation consumption, “deeply compress” the compression algorithm itself and ease the implementation of algorithms in ASIC and FPGA chips.
新型Hybrid像素探测器不仅具备高精度位置分辨率,还可提供时间分辨和能量分辨信息,将广泛应用于高能物理实验等领域。在对撞机的超高碰撞率下,大量像素通道将产生海量数据。本项目拟研制用于Hybrid像素探测器的可扩展型读出系统原型机,读取并压缩像素芯片数据,传输至计算中心。重点研究基于神经网络的深度压缩算法,利用卷积神经网络的模式识别能力压缩位置和能量信息,利用LSTM长短期记忆网络处理时间序列中延迟相对较长的时间信息。本项目还将研究如何降低神经网络的参数存储和计算消耗,对深度压缩算法本身进行“深度压缩”,降低算法直接在ASIC或FPGA中实现的难度。

结项摘要

像素探测器具有位置分辨率高且兼具幅度分辨和时间分辨的特点,被广泛应用于高能物理实验。本项目完成了针对像素探测器脉冲信号特征提取的研究。首先我们使用深度神经网络进行脉冲信号的时间和幅度特征信号提取,并针对信号实时处理的需求设计完成了神经网络加速运算芯片,实现约1.9ms的单次推理延时。而后我们完成了对深度神经网络进行特征提取的固有局限性和应用潜力分析,并针对像素探测器的特点研究了低采样率、低量化精度、低计算精度下的神经网络性能。最后,我们完成了像素芯片Topmetal-M2的设计,研发完成的基于像素芯片的CXPD立方星原型机已经正样交付,预计于2023年发射用于空间X射线偏振探测。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
FPGA implementation of neural network accelerator for pulse information extraction in high energy physics
高能物理脉冲信息提取神经网络加速器的FPGA实现
  • DOI:
    10.1007/s41365-020-00756-z
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Nuclear Science and Techniques
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Chen Jun-Ling;Ai Peng-Cheng;Wang Dong;Wang Hui;Fang Ni;Xu De-Li;Gong Qi;Yang Yuan-Kang
  • 通讯作者:
    Yang Yuan-Kang
Prototype of single-event effect localization system with CMOS pixel sensor
带有 CMOS 像素传感器的单粒子效应定位系统原型
  • DOI:
    10.1007/s41365-022-01128-5
  • 发表时间:
    2022-11-01
  • 期刊:
    NUCLEAR SCIENCE AND TECHNIQUES
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Liu, Jun;Zhou, Zhuo;Wang, Min
  • 通讯作者:
    Wang, Min
A deep learning approach to multi-track location and orientation in gaseous drift chambers
气体漂移室中多轨道定位和定向的深度学习方法
  • DOI:
    10.1016/j.nima.2020.164640
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ai Pengcheng;Wang Dong;Sun Xiangming;Huang Guangming;Li Zili
  • 通讯作者:
    Li Zili
Timing and characterization of shaped pulses with MHz ADCs in a detector system: a comparative study and deep learning approach
探测器系统中 MHz ADC 整形脉冲的定时和表征:比较研究和深度学习方法
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/14/03/p03002
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    Journal of Instrumentation
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Ai P;Wang D;Huang G;Fang N;Xu D;Zhang F
  • 通讯作者:
    Zhang F
PulseDL: A reconfigurable deep learning array processor dedicated to pulse characterization for high energy physics detectors
PulseDL:一种可重新配置的深度学习阵列处理器,专用于高能物理探测器的脉冲表征
  • DOI:
    10.1016/j.nima.2020.164420
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ai Pengcheng;Wang Dong;Huang Guangming;Shen Fan;Fang Ni;Xu Deli;Wang Hui;Chen Junling
  • 通讯作者:
    Chen Junling

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其他文献

基于MCMC算法的露天矿典型设备故障预测方法研究
  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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    --
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0754
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王东;向文国;陈时熠;胡骏;许长春
  • 通讯作者:
    许长春

其他文献

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王东的其他基金

重离子辐照下基于硅像素探测器的高速闩锁相机原型机研制
  • 批准号:
    U1932143
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
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  • 批准号:
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    30870151
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    2008
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中国黑三棱属(黑三棱科)的分类修订
  • 批准号:
    30670147
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 项目类别:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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