Künstliche Intelligenz für Entscheidungen in Echtzeit

Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Physik (MPP) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben sich in Karlsruhe getroffen, um die neuesten Ergebnisse und zukünftigen Upgrades der FPGA-basierten Echtzeit-Algorithmen für das Belle II Experiment zu diskutieren. Das Belle II Experiment, das am SuperKEKB-Beschleuniger in Tsukuba, Japan, durchgeführt wird, hat unter anderem zum Ziel, dunkle Materie in Teilchenkollisionen zu erzeugen und dann indirekt als fehlende Energie nachzuweisen. FPGA-Technologie (Field-Programmable Gate Array) spielt hierbei eine entscheidende Rolle, da sie eine flexible und effiziente Plattform für die Implementierung leistungsfähiger Trigger bietet. Trigger sind dafür verantwortlich, die enormen Datenmengen, die im Belle II Experiment anfallen, in Echtzeit zu verarbeiten und dabei wichtige physikalische Ereignisse zu identifizieren.

Unter der Leitung von Prof. Torben Ferber (ETP) betreibt das Belle II Experiment bereits einen Spurtrigger, der neuronale Netzwerke verwendet, um in unter einer Mikrosekunde den Herkunftsort von Teilchenspuren zu bestimmen. So können Untergrundraten stark reduziert werden. In dieser Woche haben die Teilnehmer*innen des Treffens unter anderem die bisherige Performance dieses Triggers besprochen, aber auch diskutiert, wie mit noch höheren Kollisionsraten umgegangen werden kann. Neben der Präsentation aktueller Forschungsergebnisse stand auch die Planung zukünftiger Upgrades auf der Agenda. Diese Upgrades sollen die Effizienz und Präzision der Datenerfassung weiter steigern und damit die Erfolgsaussichten des Belle II Experiments erhöhen. Hierfür werden am ETP sogenannte Graph Neural Networks, entwickelt die sowohl Spuren als auch Kalorimetercluster rekonstruieren können. Ein erster Prototyp soll noch vor Beginn der Datennahme im Herbst 2024 auf FPGAs einsatzbereit sein.  Die Zusammenarbeit zwischen den beiden Forschungsinstituten, dem MPI und dem KIT, hat maßgeblich zum Einsatz dieser Technologien beigetragen.