Началась эра гигапиксельных ПЗС-матриц?

[Borislаv]

После установки в конце прошлого года матрицы на первом телескопе Pan-STARRS в 1.8 метра на Гаваях в 1.4 гигапиксель установлена еще одна матрица в миллиард пикселей.

http://www.gazeta.ru/news/science/2007/03/22/n_1048520.shtml
http://www.spacedaily.com/reports/WIYN_Telescope_To_Get_Innovative_Billion_Pixel_6_point_6_Million_dollar_Camera_999.html

Создана астрономическая "одноградусная" ПЗС-матрица
3,5-метровый телескоп WIYN обсерватории Китт-Пик в Аризоне, обладающий уникально большим для аналогичных астрономических инструментов полем зрения - около 1 кв. градуса - получил новую ПЗС-матрицу в 1 млрд. (32Кх32К) пикселей, стоимость которой оценивается в $6,6 млн. С помощью нового детектора предполагается осуществить проект «одноградусных» обзоров неба с электронной коррекцией искажений, вызываемых атмосферной турбуленцией. Видимый угловой поперечник Луны (и Солнца) составляет около 30 угловых минут (0,5 градуса).

Известно также, что 3.2 гигапиксельная камера будет установлена на LSST в Чили примерно в 2012 году.

Интересно, какие еще планируемые или уже возможно существующие обзорные телескопы включают матрицы размером больше 1 гигапикселя?

[Borislаv]

Еще будущие проекты с гигапиксельными камерами.

Европейский космический телескоп Гайа тоже несет 1 гигапиксельную камеру, состоящую из 170 9 мегапиксельных ПЗС-матриц. В общей сложности получается 1.5 млрд. пикселей.
http://www.esa.int/esaSC/SEMT3I0XDYD_index_0.html
Интересно, как они все это передавать будут

Есть еще проект GigaCAM - тоже 1 гигапиксельная камера для поиска далеких сверхновых на 2-метровом телескопе. Поле один квадратый градус. Состоит из 128 матриц по 3К*3К.
http://www.aas.org/publications/baas/v33n4/aas199/1267.htm
http://www.stsci.edu/stsci/meetings/space_detectors/pdf/giga.pdf

[Borislаv]

Подробней про GigaCAM - это 2метровый космический телескоп. Проект называется SNAP: SuperNova Acceleration Probe.
http://supernova.lbl.gov/~evlinder/spacelens.pdf
Орбита - высокая (38 радиусов Земли) с использованием пролета Луны.
Программа состоит из двух задач:

• Supernova Survey:
• 20 sq. deg.
• 2.5 years
• R<30.4 (11 bands)

• Weak Lensing Survey
• 300 sq. deg.
• 0.5-1 year
• R<28.8 (11 bands)

Large number of exposures
(1 frame every ~4 days)

[Самодуров Владимир]

Борислав, а какова скорость съема снимков? Простов в одной из тем форума проскальзывало,Ю что чем больше матрица, тем медленнее (до десятков секунд) скорость съема. Ведь тот же LSST должен вроде делать снимки десятисекундной экспозиции?

[SF]

1. Это мозаика. Отдельный элемент сравнительно небольшой.
2. Медленно считывают как правило или спектры, или прямые снимки очень слабых объектов, когда надо иметь шум считывания порядка 2e^-. Случай LSST - достаточно "яркий".
3. На сайте есть общее описание камеры.

[Borislаv]

Ведь тот же LSST должен вроде делать снимки десятисекундной экспозиции?

Да, за счет этого камера имеет уникальные возможности по скорости глубоких обзоров.

[Karen]

Борислав, а какова скорость съема снимков?

У меня был такой же вопрос. Мой опыт только с двумя камерамы 1К х 1К и 4К х 4К в обсерватории Table Mountain. Для первой, скорость съема 30 сек. Для второй--2 1/2 минута. Я представила себе "скорость" съема больше 30 минут для камеры 32К х 32К! Согласно данным из вебсайта, положение всего лучше:

FPA is ∼200 4K x 4K CCDs, each with 32 outputs
6400 video channels/FPA total
Sensors organized into identical rafts of 3 x 3 sensors
Clocking of Science CCDs is synchronous and global throughout the FPA
250 kpix/sec * 32 outputs/CCD * 200 CCDs = 3.2 Gpix/2sec

[Borislаv]

FPA is ∼200 4K x 4K CCDs, each with 32 outputs
6400 video channels/FPA total
Sensors organized into identical rafts of 3 x 3 sensors
Clocking of Science CCDs is synchronous and global throughout the FPA
250 kpix/sec * 32 outputs/CCD * 200 CCDs = 3.2 Gpix/2sec

В дополнение

3.2 billion pixels read out in 2 sec (15 sec integration)
1 pixel = 2 Bytes (raw)
Over 3 GBytes/sec peak raw data from camera
Real-time processing and transient detection: < 10 sec
Dynamic Range: 4 Bytes / pixel
> 0.6 GB/sec average in pipeline
5000 floating point operations per pixel
2 TFlops/s average, 9 TFlops/s peak
∼20-30 TBytes/night

Кстате совсем недавно проходила смежная новость

http://www.rambler.ru/news/it/hardware/10017740.html

IBM разработала самую быструю микросхему
26.03.2007 17:25 | lenta.ru
Компания IBM разработала микросхему с пропускной способностью 160 гигабит в секунду, сообщается на сайте TechWorld.
Вице-президент исследовательского подразделения компании IBM заявил, что разработка прежде всего предназначена для модернизации систем передачи данных, поскольку возможности современных оптических приемопередатчиков в скором времени перестанут соответствовать запросам пользователей. Впрочем, разработка позволит увеличить производительность любой системы, где важна скорость передачи данных, будь то домашний компьютер или видеоплеер.
Пропускная способность новой микросхемы превосходит скорость передачи данных всех существующих разработок в несколько раз. В качестве примера вице-президент привел время скачивания полнометражного видеофильма высокого разрешения - на скорости, которую предоставляет разработка компании IBM, такой фильм может быть скачан меньше чем за 1 секунду.
Прототип разработки будет представлен 29 марта 2007 года на конференции в Анахайме, посвященной опто-волоконным сетям. Представители компании IBM ожидают массовое появление систем на базе их разработки к 2010 году.

[Алексей Голованов]

Порядка 20-30 ТБ за ночь... Это же где столько информации храниться-то будет?

[Borislаv]

Порядка 20-30 ТБ за ночь... Это же где столько информации храниться-то будет?

Самое поразительное в этом и заключается. Этот телескоп положит начало новой технологии астрономических наблюдений - поточного преобразования снимков в библиотеку объектов. Каждый объект будет включать из себя набор из 100-200 параметров - яркость на разных волнах, координаты положения и т.д. Пробегая за каждые 4 дня всю видимое небо, он будет повторять наблюдения. Т.е. каждый объект (будь астероид, звезда, галактика) за 10 лет наблюдений станет микрофильмом-анимацией из сотен или тысяч кадров изменения этих самых параметров. За первый прогон в течение 3-4 ночей он соберет около 150 ТБ. За 5 лет лишь около 5 PB информации. Разница в примение новой технологии налицо. Так как в базу записывают только индивидуальные изменения объектов, а не снимки каждого прогона.
В дополнение к объектной библиотеке будут собиратся еще и индивидуальные фото, около 150 ТВ для каждого прогона или около 30 РВ в течение 5 лет.

[garruchek]

1) скорости считывания современных ПЗС-матриц достигает 12 миллионов пикселей в секунду. Т.о. матрица 1К х 1К  может считываться до 12 раз в секунду, а 4к х 4 к - за 1,2 секунды. В России сейчас 2 таких матрицы (1к х 1 к в Пулково и 4к х 4к - в Ка-Даре).
2) как уже сказали выше, в мозаике из матриц каждый чип опрашивается параллельно, т.е. время считывается увеличивается по сравнению с обычной матрицей (доступных ножек чипа меньше), но не на порядок.
3) поле зрения у 1,5-2 м телескопа можно увеличить до градуса-двух установкой линзового корректора, тогда такое поле будет умещаться всего на нескольких ПЗС-чипах, без Гигабайт.

[Алексей Голованов]

За 5 лет лишь около 5 PB информации.

Ну все равно это много. Например на суперкомпьютере Earth-Simulator (некогда самом мощном) используется ленточная накопительная система на 1600 ТБ, и это до сих пор кажется гигантским объемом. Хотя...вот что я нашел:

"1,2 Петабайт емкости…и все это на одном маленьком диске. Только представьте себе, сколько это информации? В качестве напоминания: 1 Петабайт равен 1024 Тб, а 1 Тб – 1024 Гб и т.д., следовательно, 1 Пт = 1073741824 Мб, или же 2097 жестких дисков по 500 Гб каждый. Звучит, согласитесь, не просто неплохо, а превосходно - ведь такое количество места практически неисчерпаемо!
Думаете, это фантастика? Американский изобретатель Майкл Томас утверждает, что нашел способ записывать диски такой огромной емкости. И это - метод бесконтактной оптической спинтроники, который позволяет увеличить плотность записи информации на носители в миллион раз. По прогнозам Томаса, первые прототипы таких носителей появятся уже через 2-3 года, а серийное производство начнется лет через 5 по цене порядка 750 у.е. за такой диск."

[Borislаv]

3) поле зрения у 1,5-2 м телескопа можно увеличить до градуса-двух установкой линзового корректора, тогда такое поле будет умещаться всего на нескольких ПЗС-чипах, без Гигабайт.

А у 8-метрового LSST удалось увеличить поле аж до 3.5 градусов за счет системы из нескольких зеркал?

[Самодуров Владимир]

Порядка 20-30 ТБ за ночь... Это же где столько информации храниться-то будет?

Самое поразительное в этом и заключается. Этот телескоп положит начало новой технологии астрономических наблюдений - поточного преобразования снимков в библиотеку объектов. Каждый объект будет включать из себя набор из 100-200 параметров - яркость на разных волнах, координаты положения и т.д. Пробегая за каждые 4 дня всю видимое небо, он будет повторять наблюдения. Т.е. каждый объект (будь астероид, звезда, галактика) за 10 лет наблюдений станет микрофильмом-анимацией из сотен или тысяч кадров изменения этих самых параметров. За первый прогон в течение 3-4 ночей он соберет около 150 ТБ. За 5 лет лишь около 5 PB информации. Разница в примение новой технологии налицо. Так как в базу записывают только индивидуальные изменения объектов, а не снимки каждого прогона.
В дополнение к объектной библиотеке будут собиратся еще и индивидуальные фото, около 150 ТВ для каждого прогона или около 30 РВ в течение 5 лет.

Помнится, году так в 1999-2000 была у меня бурная дискуссия в эхе ФИДО.Астрономи. Сейчас она (эха) совершенно увяла, а тогда темп сообщений в ней был 30 штук в сутки, для тех времен - ого-го! [Старлаб вначале своего пути имел 10 постов в сутки.]
Так вот. Дискуссия началась с обзоров астероидов. Я начал доказывать, что можно построить телескопы, обозревающие все небо с глубиной обзора 18-19 величины  - за несколько суток. Так меня подняли на смех, именно что объемами информации в терабайты в сутки - невозможно и т.п. Несколько суток спорил - как раз аргументируя,  что нам достаточно, один раз сняв "слепок" всего неба, далее сохранять только его изменения, которые требуют на порядки меньше места. Не верили. 
Всего-то семь лет прошло. 

[Borislаv]

Помнится, впервые узнал о проекте с ленты А. Железнякова


30.04.2003 / 12:05 АМЕРИКАНЦЫ ПОСТРОЯТ НОВЫЙ БОЛЬШОЙ ОБЗОРНЫЙ ТЕЛЕСКОП

 Четыре крупных американских организации, занимающиеся астрономическими исследованиями, а именно - Ассоциация университетов для исследований в области астрономии (AURA), Университет Аризоны, Университет Вашингтона и компания Research Corporation - объявили о создании новой объединенной организации Large Synoptic Survey Telescope (LSST) Corporation, которая займется постройкой нового большого телескопа. Предварительный проект этого телескопа появился в 2000 г.
 Телескоп этот так и называется Large Synoptic Survey Telescope (LSST), что означает "большой обзорный телескоп". Он будет вести наблюдения за всей небесной сферой в поисках взрывов сверхновых, гамма-вспышек, околоземных астероидов и темной энергии, которая вызывает расширение Вселенной.
 Согласно проекту, на телескопе LSST будет установлено основное зеркало диаметром 8 м и цифровая фотокамера с разрешением 2 млрд пикселов. В течение недели он будет проводить сканирование всего доступного его взору ночного неба, и каждый день он будет выдавать на-гора 5 терабайт цифровых снимков, которые будут доступны астрономам из всех стран мира.
 Предполагается, что за год этот телескоп сможет зафиксировать до 100 тысяч взрывов сверхновых и как минимум 10 тысяч транс-нептуновых объектов, которые находятся на самом краю нашей солнечной системы. Кроме того, этот телескоп сможет проверить практически все звезды на расстоянии 100 световых лет от Земли на наличие у них планет (конечно, он не сможет увидеть планеты напрямую, но позволит определить их наличие по особенностям движения звезд).
 Но до наблюдения звездного неба еще далеко. Еще даже не выбрано место для строительства телескопа LSST. Этим должна заняться новая организация LSST Corporation, и она же должна подготовить детальный проект телескопа, который можно будет представить инвесторам и представителям самых разных научных фондов для получения финансирования (ориентировочная сумма пока не называется). Предполагается, что первые наблюдения телескоп LSST сможет провести в 2011 г.
 ("Россия-Он-Лайн").

[Алексей Голованов]

такую мощность или более имеют лишь 5 суперкомпьютеров

Если брать по пиковой мощности, то получится где-то десяток.

[SF]

12 миллионов пикселей в секунду.
Но надо учитывать, что со скоростью считывания возрастает и шум считывания.

поле зрения ... до градуса-двух ... будет умещаться всего на нескольких ПЗС-чипах, без Гигабайт.
Но с уменьшением отношения сигнал/шум. В один пиксел будет попадать фон неба с бОльшей площади.

согласно закону Мура
сейчас (после вынужденного перехода к многоядерным процессорам) к закону Мура начинают относиться осторожнее.

можно построить телескопы, обозревающие все небо с глубиной обзора 18-19 величины
Кстати, достаточно характерная цифра (выше фона неба) - можно посмотреть LINEAR history - там promising results для астероидов были получены при менее глубоком, но более широком обзоре.

впервые узнал о проекте с ленты А. Железнякова ... 30.04.2003 / 12:05
LSST разрабатывается давно, раньше он назывался Dark Matter Telescope - http://www.dmtelescope.org. На этом форуме впервые упомянут как минимум в январе 2002 года.

такую мощность или более имеют лишь 5 суперкомпьютеров ... Если брать по пиковой мощности, то получится где-то десяток.
Задача неплохо распараллеливается, так что возможно даже можно будет использовать не "настоящий" суперкомпьютер, а "компьютерную ферму".

[Stepa]

Но надо учитывать, что со скоростью считывания возрастает и шум считывания.

Это при обычной схеме считывания.

[SF]

Какая схема необычная? И сколько она даёт в e^-?
DCS, TCS, etc 2-4e^- на _высокой_ скорости не дадут. DSI в общем случае ещё медленнее. И устройство не может быть (в случае LSST) большим - из-за плотности упаковки.

[anovikov]

По-моему обычная-необычная, а природу не обманешь
При увеличении скорости считываний шумы всегда возрастают, имхо.