ККДОК

QCDOC технология , ( квантовая хромодинамика на кристалле) — это суперкомпьютерная ориентированная на использование относительно дешевых с низким энергопотреблением процессорных элементов для создания машины с массовым параллелизмом . Машина создана специально для решения небольших, но чрезвычайно сложных задач в области квантовой физики .

Обзор

Компьютеры были спроектированы и изготовлены совместно Эдинбургским университетом (UKQCD), Колумбийским университетом , исследовательским центром RIKEN BNL в Брукхейвене и IBM . ^[1] Целью сотрудничества было использование вычислительных мощностей для расчетов по теории поля решетки , основной целью которых является повышение предсказательной способности Стандартной модели взаимодействий элементарных частиц посредством численного моделирования квантовой хромодинамики (КХД). Целью было создать суперкомпьютер с массовым параллелизмом, способный достигать пиковой производительности 10 Тфлопс с устойчивой мощностью при 50% мощности.

В эксплуатации находятся три QCDOC, каждый из которых достигает 10 Тфлопс пиковой производительности .

Эдинбургского университета Центр параллельных вычислений ( EPCC ). В эксплуатации UKQCD с 2005 г.
RIKEN BNL Брукхейвенский исследовательский центр при Брукхейвенской национальной лаборатории
Программа Министерства энергетики США по высоким энергиям и ядерной физике в Брукхейвенской национальной лаборатории

Около 23 академических сотрудников Великобритании , их постдоков и студентов из семи университетов являются членами UKQCD. Затраты были профинансированы за счет гранта Объединенного фонда инфраструктуры в размере 6,6 миллиона фунтов стерлингов. Затраты на персонал (поддержка системы, программисты-физики и постдокторанты) составляют около 1 миллиона фунтов стерлингов в год, другие вычислительные и эксплуатационные расходы составляют около 0,2 миллиона фунтов стерлингов в год. ^[2]

QCDOC должен был заменить более раннюю конструкцию QCDSP , в которой мощность заключалась в соединении большого количества DSP аналогичным образом. QCDSP объединил 12 288 узлов в 4D-сети и достиг 1 Тфлопс в 1998 году.

QCDOC можно рассматривать как предшественника весьма 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 из большого количества дешевых и относительно слабых PowerPC 440, на базе узлов SoC 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, масштабируемой до нескольких сотен тысяч узлов на систему.

Архитектура

Вычислительный узел

Вычислительные узлы представляют собой специализированные ASIC, содержащие около пятидесяти миллионов транзисторов каждый. В основном они состоят из существующих строительных блоков IBM . Они построены на базе ядра PowerPC 440 с частотой 500 МГц и 4 МБ DRAM , управлением памятью для внешней DDR SDRAM , системным вводом-выводом для межузловой связи и встроенным двойным Ethernet. Вычислительный узел способен работать со скоростью 1 Гфлопс двойной точности . Каждый узел имеет один разъем DIMM , способный вместить от 128 до 2048 МБ памяти ECC DDR SDRAM 333 МГц .

Межузловая связь

Каждый узел имеет возможность отправлять и получать данные от каждого из 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 прямой доступ к встроенной DRAM или внешней SDRAM других узлов. На практике только четыре измерения будут использоваться для формирования подтора коммуникаций, а остальные два измерения будут использоваться для разделения системы.

Операционная система обменивается данными с вычислительными узлами с помощью сети Ethernet. Это также используется для диагностики, настройки и связи с дисковым хранилищем.

Механическая конструкция

Два узла размещаются вместе на дочерней карте с одним разъемом DIMM и концентратором Ethernet 4:1 для связи вне карты. Дочерние карты имеют два разъема: один предназначен для межузловой сети связи, а другой — для питания, Ethernet, часов и других служебных функций.

Тридцать две дочерние карты размещены в два ряда на материнской плате, поддерживающей внешнюю связь Ethernet со скоростью 800 Мбит/с. Восемь материнских плат размещаются в ящиках с двумя объединительными панелями, поддерживающими по четыре материнские платы каждая. Каждый крейт состоит из 512 процессорных узлов a и 2. ⁶ Сеть связи гиперкуба. Один узел потребляет около 5 Вт мощности, а каждый ящик имеет воздушное и водяное охлаждение. Полная система может состоять из любого количества ящиков, в общей сложности до нескольких десятков тысяч узлов.

Операционная система

QCDOC использует специально созданную операционную систему QOS , которая облегчает загрузку, выполнение, мониторинг, диагностику и производительность, а также упрощает управление большим количеством вычислительных узлов. Он использует специальное встроенное ядро и обеспечивает совместимость с POSIX для одного процесса («unix-like») с использованием библиотеки Cygnus newlib . Ядро включает в себя 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. В каждом разделе в любой момент времени будет запускаться только одно клиентское приложение. Любая многозадачность планируется системой хост-контроллера, которая представляет собой обычный компьютер, использующий большое количество портов Ethernet, подключающихся к QCDOC.

См. также

Ссылки

[1] Исследовательский центр RIKEN BNL выделяет новый суперкомпьютер для физических исследований

[2] «Главная — Совет по науке и технологиям» .

[1]

[2]