15、SCI在数据采集系统中的应用与性能分析

SCI在数据采集系统中的应用与性能分析

1. 引言

在等离子体物理聚变装置中，当电离的氢同位素氘和氚在极高温度（通常远超100万摄氏度）下保持足够长的时间和密度时，它们会聚变成氦离子，并根据公式$E = (m_{Deuterium/Tritium} - m_{Helium}) × c^2$释放能量。为了控制等离子体约束并了解其物理行为，需要一个高速、大容量的数据采集系统来进行在线和离线监测与评估等离子体和聚变装置的测量数据。

目前的实验在10秒的实验周期内大约产生100MB的测量值。未来的等离子体装置将在相同时间间隔内产生一到两个数量级更多的数据，并且会以稳态模式连续运行。这对数据采集系统中通信网络的实时性能（即传输延迟）和带宽提出了很高的要求。低且有保证的延迟对于使燃烧的等离子体保持高温、稳定并远离物理材料的聚变装置闭环反馈系统非常重要。

潜在的通信网络候选技术包括光纤分布式数据接口（FDDI）、千兆以太网、异步传输模式（ATM）和可扩展相干接口（SCI）。其中，SCI因其前向进展保证、优先带宽分配和极低的延迟而特别有吸引力。其他高端物理实验，如欧洲核子研究中心的“大型强子对撞机”，也在考虑将SCI作为主要通信介质。在工业领域，由于大型计算机制造商提供基于SCI的集群计算现成产品，SCI的重要性日益增加。然而，用于数据采集的商用SCI产品非常罕见，对于高端应用，由于市场细分太小，没有现成的解决方案，该领域仍有很多研究工作要做。

SCINET研究项目旨在研究SCI网络在大规模聚变反应堆实验数据采集系统中的适用性。该项目研究如何通过SCI将数据采集计算机彼此高效连接，并与传感器和执行器连接，大规模网络应具有的拓扑结构，以及预期的带宽和延迟。

2. S