QCDOC

QCDOC

QCDOC(Quantum Cromodynamics on a Chip)는 상대적으로 저렴한 저전력 처리 요소를 사용하여 대규모 병렬 기계를 생산하는 데 초점을 맞춘 슈퍼 컴퓨터 기술입니다.이 기계는 양자 물리학 분야에서 작지만 매우 까다로운 문제들을 해결하기 위해 맞춤 제작되었다.

개요

이 컴퓨터는 에든버러 대학(UKQCD), 콜롬비아 대학, RIKEN BNL Brookhaven 연구 센터 [1]및 IBM이 공동으로 설계 및 제작했습니다.공동작업의 목적은 양자색역학(QCD)의 수치 시뮬레이션을 통해 소립자 상호작용의 표준모형의 예측력을 높이는 것을 주된 목표로 하는 격자장 이론 계산을 위한 컴퓨팅 설비를 이용하는 것이었다.목표는 50% 용량에서 지속 전력으로 10 Tflops에서 피크에 도달할 수 있는 대규모 병렬 슈퍼 컴퓨터를 구축하는 것이었습니다.

각각 10 Tflops 피크 동작에 도달하는3개의 QCDOC가 가동하고 있습니다.

약 23명의 영국 교육 직원, 그들의 포스트닥트 및 7개 대학에서 온 학생들이 UKQCD에 소속되어 있습니다.비용은 660만 파운드의 공동 인프라 기금 어워드를 통해 조달되었습니다.직원 비용(시스템 지원, 물리 프로그래머 및 포스트닥트)은 연간 약 100만파운드, 기타 컴퓨팅 및 운영 비용은 연간 [2]약 120만파운드입니다.

QCDOC는 이전 설계인 QCDSP를 대체하는 것으로, 많은 양의 DSP를 같은 방법으로 접속함으로써 전력이 공급되었습니다.QCDSP는 12.288노드를 4D 네트워크에 연결했으며 1998년에 1Tflops에 도달했습니다.

QCDOC는 매우 성공적인 Blue Gene/L 슈퍼컴퓨터의 전신이라고 볼 수 있다.그들은 많은 디자인적 특성을 공유하며, 유사성은 피상적인 특성을 넘어선다.Blue Gene은 저렴한 비교적 약한 PowerPC 440 기반의 SoC 노드를 고대역폭 다차원 메시로 연결한 대규모 병렬 슈퍼컴퓨터입니다.그러나 BG/L의 컴퓨팅 노드가 더 강력하고 시스템당 수십만 노드까지 확장 가능한 더 빠르고 정교한 네트워크와 연결되어 있다는 점이 다릅니다.

아키텍처

QCDOC ASIC의 논리도

컴퓨팅 노드

컴퓨팅 노드는 각각 약 5천만 개의 트랜지스터를 가진 맞춤형 ASIC입니다.주로 IBM의 기존 구성 요소로 구성됩니다.4 MB DRAM, 외부 DDR SDRAM용 메모리 관리, 노드간 통신용 시스템 I/O 및 듀얼 이더넷 내장 500 MHz PowerPC 440 코어를 중심으로 구축되어 있습니다.컴퓨팅 노드는 1개의 2배 정밀 Gflops를 사용할 수 있습니다.각 노드에는 128~2048 MB의 333 MHz ECC DDR SDRAM을 장착할 수 있는 DIMM 소켓이 1개 있습니다.

노드간 통신

각 노드는 각각 500 Mbit/s의 속도로 6차원 메시에서 가장 가까운 12개의 인접 노드 각각과 데이터를 송수신할 수 있습니다.이것에 의해, 합계 12 Gbit/s 의 노드외 대역폭이 제공됩니다.이들 24개의 채널 각각은 다른 노드의 온칩 DRAM 또는 외부 SDRAM에 대한 DMA를 갖추고 있습니다.실제로는 4차원만 통신 서브토러스를 형성하기 위해 사용되며, 나머지 2차원은 시스템을 분할하기 위해 사용됩니다.

운영체제는 이더넷 네트워크를 사용하여 컴퓨팅 노드와 통신합니다.진단, 구성 및 디스크 스토리지와의 통신에도 사용됩니다.

기계 설계

1개의 DIMM 소켓과 오프카드 통신용 4:1 이더넷허브를 갖춘 도터 카드에 2개의 노드가 함께 배치되어 있습니다.도터 카드에는 2개의 커넥터가 있습니다.하나는 노드간 통신 네트워크를 탑재하고 있으며, 다른 하나는 전원, 이더넷, 시계 및 기타 하우스키핑 설비를 탑재하고 있습니다.

800 Mbit/s의 오프보드 이더넷 통신을 지원하는 메인보드에는 32장의 도터 카드가 2열로 배치되어 있습니다.8개의 메인보드를 각각 4개의 메인보드를 지탱하는 2개의 백플레인과 함께 상자에 넣습니다.각 상자는 512개의 프로세서 노드 a와 2개의6 하이퍼큐브 통신 네트워크로 구성됩니다.1개의 노드는 약 5W의 전력을 소비하며, 각 상자는 공기와 수냉이 됩니다.전체 시스템은 최대 수만 개의 노드로 구성된 임의의 수의 상자로 구성될 수 있습니다.

운영 체제

QCDOC는 커스텀 빌트 운영체제(QOS)를 실행하여 부트, 런타임, 모니터링, 진단 및 퍼포먼스를 용이하게 하고 다수의 컴퓨팅 노드 관리를 단순화합니다.커스텀 임베디드 커널을 사용하여 Cygnus newlib 라이브러리를 사용하여 단일 프로세스 POSIX("unix-like") 호환성을 제공합니다.커널에는 디스크 액세스를 위해 특별히 작성된 UDP/IP 스택과 NFS 클라이언트가 포함되어 있습니다.

또, operating system은, 복수의 유저가 다른 애플리케이션용으로 시스템의 개별의 부품에 액세스 할 수 있도록, 시스템 파티션도 관리합니다.각 파티션은 한 번에 하나의 클라이언트 응용 프로그램만 실행합니다.모든 멀티태스킹은 QCDOC에 접속하는 대량의 이더넷 포트를 사용하는 일반 컴퓨터인 호스트 컨트롤러 시스템에 의해 스케줄 됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ RIKEN BNL 연구센터, 새로운 슈퍼컴퓨터 물리연구 전용
  2. ^ "Home - Science and Technology Facilities Council".