QCDOC ( КХД на чипе) является суперкомпьютер технологией фокусировка на использование относительно дешевых низкой мощности элементов обработки для получения массово - параллельной машины. Машина создана специально для решения небольших, но чрезвычайно сложных задач в области квантовой физики .
Обзор [ править ]
Компьютеры были спроектированы и построены совместно Эдинбургским университетом (UKQCD), Колумбийским университетом , исследовательским центром RIKEN BNL Brookhaven и IBM . [1] Целью сотрудничества было использование вычислительных средств для расчетов теории поля на решетке , основной целью которых является повышение предсказательной силы Стандартной модели взаимодействий элементарных частиц посредством численного моделирования квантовой хромодинамики (КХД). Целью было построить суперкомпьютер с массовым параллелизмом, способный работать на пике в 10 Тфлопс с устойчивой мощностью при 50% мощности.
В обслуживании находятся три QCDOC, каждый из которых достигает пикового значения 10 Тфлопс .
- Центр параллельных вычислений Эдинбургского университета ( EPCC ). В эксплуатации UKQCD с 2005 г.
- RIKEN BNL Brookhaven Research Center в Брукхейвенской национальной лаборатории
- Программа Министерства энергетики США в области высоких энергий и ядерной физики в Брукхейвенской национальной лаборатории
Около 23 британских преподавателей, их докторантов и студентов из семи университетов входят в UKQCD. Затраты были профинансированы за счет гранта Совместного фонда инфраструктуры в размере 6,6 млн фунтов стерлингов. Расходы на персонал (поддержка системы, программисты-физики и постдоки) составляют около 1 миллиона фунтов стерлингов в год, другие вычислительные и операционные расходы составляют около 0,2 миллиона фунтов стерлингов в год. [2]
QCDOC должен был заменить более раннюю конструкцию, QCDSP , где мощность исходила от соединения большого количества DSP вместе аналогичным образом. QCDSP привязал 12 288 узлов к сети 4D и достиг 1 Тфлопс в 1998 году.
QCDOC можно рассматривать как предшественника очень успешного суперкомпьютера Blue Gene / L. У них много общих черт дизайна, и сходство выходит за рамки поверхностных характеристик. Blue Gene также представляет собой суперкомпьютер с массовым параллелизмом, построенный с большим количеством дешевых, относительно слабых узлов SoC на базе PowerPC 440, соединенных многомерной сеткой с высокой пропускной способностью. Однако они отличаются тем, что вычислительные узлы в BG / L более мощные и связаны с более быстрой и сложной сетью, которая масштабируется до нескольких сотен тысяч узлов на систему.
Архитектура [ править ]
Вычислительный узел [ править ]
Вычислительные узлы представляют собой специализированные ASIC с примерно 50 миллионами транзисторов в каждом. В основном они состоят из существующих строительных блоков IBM . Они построены на базе ядра PowerPC 440 500 МГц с 4 МБ DRAM , управления памятью для внешней DDR SDRAM , системного ввода-вывода для межузловой связи и встроенного двойного Ethernet. Вычислительный узел способен выполнять 1 гигафлопс двойной точности . Каждый узел имеет один разъем DIMM, способный вместить от 128 до 2048 МБ оперативной памяти ECC DDR SDRAM с частотой 333 МГц .
Связь между узлами [ править ]
Каждый узел имеет возможность отправлять и получать данные от каждого из своих двенадцати ближайших соседей в шестимерной сетке со скоростью 500 Мбит / с каждый. Это обеспечивает общую пропускную способность вне узла 12 Гбит / с. Каждый из этих 24 каналов имеет DMA для встроенной памяти DRAM других узлов или внешней SDRAM. На практике только четыре измерения будут использоваться для формирования вспомогательного тора связи, а оставшиеся два измерения будут использоваться для разделения системы.
Операционная система взаимодействует с вычислительными узлами через сеть Ethernet. Это также используется для диагностики, настройки и обмена данными с дисковым хранилищем.
Механический дизайн [ править ]
Два узла размещаются вместе на дочерней плате с одним разъемом DIMM и концентратором Ethernet 4: 1 для связи вне платы. Дочерние платы имеют два разъема: один для подключения к сети связи между узлами, а другой для подключения питания, Ethernet, часов и других вспомогательных средств.
Тридцать две дочерние платы размещены в два ряда на материнской плате, которая поддерживает внешнюю связь Ethernet со скоростью 800 Мбит / с. Восемь материнских плат помещены в ящики с двумя объединительными платами, каждая из которых поддерживает четыре материнские платы. Каждая клеть состоит из 512 процессорных узлов А и А 2 6 коммуникационной сети гиперкуба. Один узел потребляет около 5 Вт электроэнергии, а каждый ящик имеет воздушное и водяное охлаждение. Полная система может состоять из любого количества ящиков, всего до нескольких десятков тысяч узлов.
Операционная система [ править ]
QCDOC работает под управлением специально созданной операционной системы QOS , которая облегчает загрузку, выполнение, мониторинг, диагностику и производительность, а также упрощает управление большим количеством вычислительных узлов. Он использует собственное встроенное ядро и обеспечивает совместимость с POSIX («unix-like») для одного процесса с помощью библиотеки Cygnus newlib . Ядро включает специально написанный стек UDP / IP и клиент NFS для доступа к диску.
Операционная система также поддерживает системные разделы, поэтому несколько пользователей могут иметь доступ к отдельным частям системы для разных приложений. Каждый раздел будет запускать только одно клиентское приложение в любой момент времени. Любая многозадачность запланирована системой хост-контроллера, которая представляет собой обычный компьютер, использующий большое количество портов Ethernet, подключенных к QCDOC.
См. Также [ править ]
- Норман Крист
- PowerPC 440
- BlueGene / L
- QPACE
- Суперкомпьютер
Ссылки [ править ]
- ^ Исследовательский центр RIKEN BNL выделяет новый суперкомпьютер для физических исследований
- ^ http://www.scitech.ac.uk/roadmap/rmProject.aspx?q=82
- Вычислительная квантовая теория поля в Колумбии - Колумбийский университет
- Обзор компьютеров QCDSP и QCDOC - IBM
- Архитектура QCDOC - Колумбийский университет
- UKQCD - Совет по науке и технологиям
- QCDOC: компьютер на 10 тераоператоров для сильносвязанных вычислений ( BNL )
- Британский суперкомпьютер исследует тайны вселенной , The Register
- IBM QPACE (TOP500) , Софтпедия