基于 ICE 的定制全网状网络用于 CHIME 高带宽射电天文相关器

新一代射电干涉仪在大带宽上对来自数千个天线馈源的信号进行编码。对此类数据进行信道化和相关处理需要能够以合理成本处理前所未有的数据速率的网络能力。加拿大氢强度映射实验 (CHIME) 相关器在 400~MHz 带宽上处理来自 N=2048 个数字化仪输入的 8 位数据。以 $N^2~\times$ 带宽衡量，它是已建成的最大射电相关器。其数字后端必须交换并重组由其 128 个数字化和信道化节点产生的 6.6~terabit/s 数据，并将其馈送至 256 节点空间相关器，使得每个节点获得来自所有数字化仪输入的数据，但仅跨越一小部分带宽（即“角转”）。为了在最小化成本的同时最大化角转系统的性能和可靠性，我们实施了一种定制的网络解决方案。该系统利用现场可编程门阵列 (FPGA) 收发器，在机箱内的十六块电路板之间实现直接、无源、全网状的高速串行连接，以在机箱之间交换数据，并使用标准的 10~Gbit/s 以太网链路将数据卸载到由 256 个图形处理单元 (GPU) 节点组成的集群。GPU 节点通过组合来自所有机箱的数据并完成可见度计算来完成角转。眼图和帧错误计数器证实，角转网络在当前运行的 CHIME 探路者望远镜（全尺寸 CHIME 望远镜的原型）和代表全尺寸 CHIME 硬件一部分的系统中均无错误运行，提供了端到端的系统验证。我们还提供了对使用以太网交换机而非定制无源数据链路构建的等效角转系统的分析。