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La QCDOC ( cromodinámica cuántica en un chip) es una tecnología de supercomputadora que se centra en el uso de elementos de procesamiento de baja potencia relativamente baratos para producir una máquina enormemente paralela . La máquina está hecha a medida para resolver problemas pequeños pero extremadamente exigentes en los campos de la física cuántica .

Resumen

Las computadoras fueron diseñadas y construidas conjuntamente por la Universidad de Edimburgo (UKQCD), la Universidad de Columbia , el Centro de Investigación RIKEN BNL Brookhaven e IBM . [1] El propósito de la colaboración fue aprovechar las instalaciones informáticas para los cálculos de la teoría del campo reticular cuyo objetivo principal es aumentar el poder predictivo del Modelo Estándar de interacciones de partículas elementales a través de la simulación numérica de la cromodinámica cuántica (QCD). El objetivo era construir una supercomputadora masivamente paralela capaz de alcanzar un máximo de 10 Tflops con una potencia sostenida al 50% de su capacidad.

Hay tres QCDOC en servicio, cada uno de los cuales alcanza una operación máxima de 10 Tflops .

Alrededor de 23 miembros del personal académico del Reino Unido , sus postdoctorados y estudiantes, de siete universidades, pertenecen a UKQCD. Los costos se financiaron a través de una adjudicación del Fondo Conjunto de Infraestructura de £ 6,6 millones. Los costos de personal (soporte del sistema, programadores físicos y postdoctorados) son alrededor de £ 1 millón por año, otros costos de computación y operación son alrededor de £ 0,2 millones por año. [2]

QCDOC iba a reemplazar un diseño anterior, QCDSP , donde la energía provenía de conectar grandes cantidades de DSP de manera similar. El QCDSP ató 12.288 nodos a una red 4D y alcanzó 1 Tflops en 1998.

QCDOC puede considerarse un predecesor del superordenador Blue Gene / L de gran éxito . Comparten muchos rasgos de diseño y las similitudes van más allá de las características superficiales. Blue Gene es también una supercomputadora masivamente paralela construida con una gran cantidad de nodos SoC basados ​​en PowerPC 440 baratos y relativamente débiles conectados con una malla multidimensional de alto ancho de banda. Sin embargo, difieren en que los nodos de computación en BG / L son más poderosos y están conectados con una red más rápida y sofisticada que escala hasta varios cientos de miles de nodos por sistema.

Arquitectura

Esquema lógico del QCDOC ASIC

Nodo de computación

Los nodos informáticos son ASIC personalizados con aproximadamente cincuenta millones de transistores cada uno. Se componen principalmente de bloques de construcción existentes de IBM . Están construidos alrededor de un núcleo PowerPC 440 de 500 MHz con 4 MB de DRAM , administración de memoria para DDR SDRAM externa , sistema de E / S para comunicaciones entre internodos y Ethernet dual integrado. El nodo de computación es capaz de 1 Gflops de doble precisión . Cada nodo tiene un zócalo DIMM capaz de contener entre 128 y 2048 MB de SDRAM DDR ECC de 333 MHz .

Comunicación entre nodos

Cada nodo tiene la capacidad de enviar y recibir datos de cada uno de sus doce vecinos más cercanos en una malla de seis dimensiones a una velocidad de 500 Mbit / s cada uno. Esto proporciona un ancho de banda total fuera del nodo de 12 Gbit / s. Cada uno de estos 24 canales tiene DMA para la DRAM en chip de los otros nodos o la SDRAM externa. En la práctica, solo se utilizarán cuatro dimensiones para formar un subtoro de comunicaciones donde las dos dimensiones restantes se utilizarán para dividir el sistema.

El sistema operativo se comunica con los nodos informáticos mediante la red Ethernet. También se utiliza para diagnósticos, configuración y comunicaciones con almacenamiento en disco.

Diseño mecánico

Dos nodos se colocan juntos en una tarjeta secundaria con un zócalo DIMM y un concentrador Ethernet 4: 1 para comunicaciones fuera de la tarjeta. Las tarjetas secundarias tienen dos conectores, uno que transporta la red de comunicaciones entre los entrenudos y otro que transporta energía, Ethernet, reloj y otras instalaciones de mantenimiento del hogar.

Treinta y dos tarjetas secundarias se colocan en dos filas en una placa base que admite comunicaciones Ethernet externas a 800 Mbit / s. Se colocan ocho placas base en cajas con dos placas posteriores que soportan cuatro placas base cada una. Cada caja se compone de 512 nodos de procesador A y A 2 6 red de comunicaciones hipercubo. Un nodo consume aproximadamente 5 W de energía y cada caja se enfría por aire y agua. Un sistema completo puede constar de cualquier número de cajas, para un total de hasta varias decenas de miles de nodos.

Sistema operativo

El QCDOC ejecuta un sistema operativo personalizado, QOS , que facilita el arranque, el tiempo de ejecución, la supervisión, el diagnóstico y el rendimiento y simplifica la gestión de la gran cantidad de nodos informáticos. Utiliza un kernel integrado personalizado y proporciona compatibilidad POSIX ("similar a unix") de proceso único mediante la biblioteca Cygnus newlib . El kernel incluye una pila UDP / IP especialmente escrita y un cliente NFS para acceso al disco.

El sistema operativo también mantiene las particiones del sistema para que varios usuarios puedan tener acceso a partes separadas del sistema para diferentes aplicaciones. Cada partición solo ejecutará una aplicación cliente en un momento dado. Cualquier multitarea es programada por el sistema controlador de host, que es una computadora normal que utiliza una gran cantidad de puertos Ethernet que se conectan al QCDOC.

Ver también

  • Cristo normando
  • PowerPC 440
  • BlueGene / L
  • QPACE
  • Supercomputadora

Referencias

  1. ^ El centro de investigación RIKEN BNL dedica una nueva supercomputadora para la investigación en física
  2. ^ http://www.scitech.ac.uk/roadmap/rmProject.aspx?q=82
  • Teoría de campos cuánticos computacionales en Columbia - Universidad de Columbia
  • Descripción general de las computadoras QCDSP y QCDOC - IBM
  • Arquitectura QCDOC - Universidad de Columbia
  • UKQCD - Consejo de instalaciones de ciencia y tecnología
  • QCDOC: una computadora de 10 Tera fl ops para cálculos estrechamente acoplados ( BNL )
  • Una supercomputadora del Reino Unido investiga los secretos del universo , The Register
  • IBM QPACE (TOP500) , Softpedia