QCDOC - QCDOC

Den QCDOC ( quantum chromodynamics på en chip) er en superdatamaskin teknologi som fokuserer på bruk av forholdsvis billige lave strømprosesseringselementer for å fremstille en massiv parallell maskin. Maskinen er skreddersydd for å løse små, men ekstremt krevende problemer innen kvantefysikk .

Oversikt

Datamaskinene ble designet og bygget i fellesskap av University of Edinburgh (UKQCD), Columbia University , RIKEN BNL Brookhaven Research Center og IBM . Formålet med samarbeidet var å utnytte databehandlingsmuligheter for gitterfeltteoriberegninger hvis primære mål er å øke standardmodellen for elementære partikkelinteraksjoner gjennom numerisk simulering av kvantekromodynamikk (QCD). Målet var å bygge en massivt parallell superdatamaskin som kunne nå en topp på 10 Tflops med vedvarende effekt på 50% kapasitet.

Det er tre QCDOCer i drift som hver når 10 Tflops toppoperasjon .

Rundt 23 britiske vitenskapelig ansatte, deres postdoktorer og studenter, fra syv universiteter, tilhører UKQCD. Kostnadene ble finansiert gjennom en Joint Infrastructure Fund Award på 6,6 millioner pund. Personalkostnader (systemstøtte, fysikerprogrammerere og postdoktorer) er rundt 1 million pund per år, andre beregnings- og driftskostnader er rundt 0,2 millioner pund per år.

QCDOC skulle erstatte et tidligere design, QCDSP , der strømmen kom fra å koble store mengder DSP -er sammen på lignende måte. QCDSP festet 12.288 noder til et 4D -nettverk og nådde 1 Tflops i 1998.

QCDOC kan sees på som en forgjenger for den svært vellykkede Blue Gene/L -superdatamaskinen. De deler mange designtrekk, og likheter går utover overfladiske egenskaper. Blue Gene er også en massivt parallell superdatamaskin bygget med en stor mengde billige, relativt svake PowerPC 440 -baserte SoC -noder koblet til et flerdimensjonalt nett med høy båndbredde. De er imidlertid forskjellige ved at databehandlingsnodene i BG/L er kraftigere og er koblet til et raskere og mer sofistikert nettverk som skalerer opp til flere hundre tusen noder per system.

Arkitektur

Logisk skjema for QCDOC ASIC

Datanode

Datanodene er tilpassede ASIC -er med omtrent femti millioner transistorer hver. De består hovedsakelig av eksisterende byggesteiner fra IBM . De er bygget rundt en 500 MHz PowerPC 440 -kjerne med 4 MB DRAM , minnestyring for ekstern DDR SDRAM , system -I /O for internodekommunikasjon og innebygd dual Ethernet. Dataknuten har 1 dobbel presisjon Gflops . Hver node har en DIMM -sokkel som kan holde mellom 128 og 2048 MB på 333 MHz ECC DDR SDRAM .

Inter node kommunikasjon

Hver node har muligheten til å sende og motta data fra hver av sine tolv nærmeste naboer i et seksdimensjonalt nett med en hastighet på 500 Mbit/s hver. Dette gir en total off-node båndbredde på 12 Gbit/s. Hver av disse 24 kanalene har DMA til de andre nodene 'on-chip DRAM eller den eksterne SDRAM. I praksis vil bare fire dimensjoner bli brukt til å danne en kommunikasjonsundertorus hvor de resterende to dimensjonene vil bli brukt til å dele systemet.

Operativsystemet kommuniserer med databehandlingsnodene ved hjelp av Ethernet -nettverket. Dette brukes også til diagnostikk, konfigurasjon og kommunikasjon med disklagring.

Mekanisk design

To noder er plassert sammen på et datterkort med en DIMM-kontakt og en 4: 1 Ethernet-hub for kommunikasjon utenfor kortet. Datterkortene har to kontakter, en som bærer internode -kommunikasjonsnettverket og en bærer strøm, Ethernet, klokke og andre husholdningsfasiliteter.

32 datterkort er plassert i to rader på et hovedkort som støtter 800 Mbit/s off-board Ethernet-kommunikasjon. Åtte hovedkort er plassert i kasser med to bakplan som støtter fire hovedkort hver. Hver kasse består av 512 prosessornoder a og et 2 6 hyperkube kommunikasjonsnettverk. En node bruker omtrent 5 W strøm, og hver kasse er luft- og vannkjølt. Et komplett system kan bestå av et hvilket som helst antall kasser, til sammen opptil flere titusenvis av noder.

Operativsystem

QCDOC kjører et spesialbygd operativsystem, QOS , som letter oppstart, kjøretid, overvåking, diagnostikk og ytelse og forenkler administrasjonen av det store antallet databehandlingsnoder. Den bruker en tilpasset innebygd kjerne og gir enkel prosess POSIX ("unix-lignende") kompatibilitet ved hjelp av Cygnus newlib- biblioteket. Kjernen inneholder en spesialskrevet UDP / IP -stabel og NFS -klient for diskadgang.

Operativsystemet opprettholder også systempartisjoner slik at flere brukere kan ha tilgang til separate deler av systemet for forskjellige applikasjoner. Hver partisjon vil bare kjøre ett klientprogram til enhver tid. Enhver multitasking planlegges av vertskontrollersystemet, som er en vanlig datamaskin som bruker store mengder Ethernet -porter som kobles til QCDOC.

Se også

Referanser

  1. ^ RIKEN BNL forskningssenter dedikerer ny superdatamaskin for fysikkforskning
  2. ^ "Home - Science and Technology Facilities Council" .