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QCDOC

El QCDOC ( cromodinámica cuántica en un chip) es una tecnología de supercomputación que se centra en el uso de elementos de procesamiento de bajo consumo relativamente económico...

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El QCDOC ( cromodinámica cuántica en un chip) es una tecnología de supercomputación que se centra en el uso de elementos de procesamiento de bajo consumo relativamente económicos para crear una máquina masivamente paralela . Esta máquina está diseñada a medida para resolver problemas pequeños pero extremadamente complejos en el campo de la física cuántica .

Descripción general

Los ordenadores fueron diseñados y construidos 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 era aprovechar las instalaciones informáticas para cálculos de teoría de campos reticulares cuyo objetivo principal es aumentar el poder predictivo del Modelo Estándar de interacciones de partículas elementales mediante la simulación numérica de la cromodinámica cuántica (QCD). El objetivo era construir un superordenador masivamente paralelo capaz de alcanzar picos de 10 Tflops con potencia sostenida al 50 % de su capacidad.

Actualmente hay tres QCDOC en servicio, cada uno de los cuales alcanza una capacidad máxima de 10 Tflops .

Alrededor de 23 miembros del personal académico del Reino Unido , sus becarios postdoctorales y estudiantes, procedentes de siete universidades, pertenecen a UKQCD. Los costes se financiaron mediante una subvención del Fondo Conjunto de Infraestructuras de 6,6 millones de libras esterlinas. Los costes de personal (soporte del sistema, programadores físicos y becarios postdoctorales) rondan el millón de libras esterlinas anuales, mientras que otros costes informáticos y operativos ascienden a unos 0,2 millones de libras esterlinas anuales. [ 2 ]

El QCDOC debía reemplazar un diseño anterior, el QCDSP , cuya potencia provenía de la conexión de grandes cantidades de DSP de forma similar. El QCDSP conectaba 12.288 nodos a una red 4D y alcanzó 1 Tflops en 1998.

QCDOC puede considerarse un precursor del exitoso superordenador Blue Gene/L . Comparten muchas características de diseño, y las similitudes van más allá de las características superficiales. Blue Gene también es un superordenador de procesamiento masivamente paralelo, construido con una gran cantidad de nodos SoC PowerPC 440 económicos y relativamente débiles, conectados mediante una red multidimensional de alto ancho de banda. Sin embargo, se diferencian en que los nodos de computación de BG/L son más potentes y están conectados mediante una red más rápida y sofisticada, con capacidad para alcanzar varios cientos de miles de nodos por sistema.

Arquitectura

Diagrama lógico del ASIC QCDOC

Nodo de computación

Los nodos de computación son ASIC personalizados con aproximadamente cincuenta millones de transistores cada uno. Están compuestos principalmente por bloques de construcción existentes de IBM . Se basan en un núcleo PowerPC 440  de 500 MHz con 4 MB de DRAM , gestión de memoria para SDRAM DDR externa , E/S del sistema para comunicaciones entre nodos y Ethernet dual integrada. El nodo de computación es capaz de 1 Gflops de doble precisión . Cada nodo tiene un zócalo DIMM con capacidad para alojar 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 dispone de acceso directo a memoria (DMA) a la DRAM integrada de los demás nodos o a la SDRAM externa. En la práctica, solo se utilizarán cuatro dimensiones para formar un subtoro de comunicaciones, mientras que las dos restantes se emplearán para particionar el sistema.

El sistema operativo se comunica con los nodos de computación mediante la red Ethernet. Esta red también se utiliza para el diagnóstico, la configuración y la comunicación con el almacenamiento en disco.

Diseño mecánico

Dos nodos se colocan juntos en una tarjeta hija con un zócalo DIMM y un concentrador Ethernet 4:1 para comunicaciones externas. Las tarjetas hijas tienen dos conectores: uno para la red de comunicaciones entre nodos y otro para la alimentación, Ethernet, reloj y otras funciones de mantenimiento.

Treinta y dos tarjetas hijas se colocan en dos filas sobre una placa base que admite  comunicaciones Ethernet externas de 800 Mbit/s. Ocho placas base se colocan en bastidores con dos placas base que soportan cuatro placas base cada uno. Cada bastidor consta de 512 nodos de procesador y una red de comunicaciones de hipercubo de 2⁶ . Cada nodo consume aproximadamente 5  W de potencia, y cada bastidor se refrigera por aire y agua. Un sistema completo puede constar de cualquier número de bastidores, 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, la ejecución, la monitorización, el diagnóstico y el rendimiento, y simplifica la gestión del gran número de nodos de computación. Utiliza un núcleo integrado personalizado y proporciona compatibilidad POSIX ("tipo Unix") de un solo proceso mediante la biblioteca Cygnus newlib . El núcleo incluye una pila UDP / IP y un cliente NFS especialmente desarrollados para el acceso al disco.

El sistema operativo también mantiene particiones del sistema para que varios usuarios puedan acceder a distintas partes del sistema para diferentes aplicaciones. Cada partición solo ejecutará una aplicación cliente a la vez. La multitarea es programada por el sistema controlador principal, que es un ordenador convencional que utiliza una gran cantidad de puertos Ethernet conectados al QCDOC.

Véase también

Referencias

  1. ↑ El Centro de Investigación RIKEN BNL inaugura una nueva supercomputadora para la investigación en física.
  2. ↑ "Inicio - Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas" .
  • Teoría cuántica de campos computacional en Columbia – Universidad de Columbia. Archivado el 22 de diciembre de 2008 en Wayback Machine.
  • Descripción general de los ordenadores QCDSP y QCDOC – IBM
  • Arquitectura QCDOC – Universidad de Columbia. Archivado el 29 de marzo de 2008 en Wayback Machine.
  • Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido (UKQCD)
  • QCDOC: Un ordenador de 10 teraflops para cálculos estrechamente acoplados ( BNL )
  • Supercomputadora británica investiga los secretos del universo , The Register
  • IBM QPACE (TOP500) , Softpedia