Benutzer:Meier99/QCDOC

Der QCDOC, Quantum Chromodynamics On a Chip, ist ein an verschiedenen Orten realisiertes Supercomputer-Konzept, das darauf abzielt, durch preiswerte und einfache, aber effektive Hardware einen massiv-parallelen Supercomputer zu bauen, der in den Ausmessungen klein ist und vorzugsweise Rechnungen für die Quantenchromodynamik (QCD) durchführt. Er ist also gleichzeitig ein "billiger Spezialrechner" und, wegen des massiven Parallelismus, ein hocheffizienter Supercomputer, vorzugsweise für die QCD. Zugleich wurde sehr auf die Energieeffizienz des Rechners geachtet.

Überblick

Das Konzept wurde zunächst als gemeinsames Projekt verschiedener Institutionen entworfen: der University of Edinburgh (UKQCD) , der Columbia University (New York), des RHIC-Beschleunigerzentrums am Brookhaven National Laboratory (NY), sowie des Konzerns IBM. Ziel war es, in der Gitter-QCD höchsteffektive Computersimulationen zu ermöglichen. Erreicht werden sollten mindestens 10 Tflops bei einer Auslastung von 50 %.

Es existieren drei implementierte QCDOCs, jede mit der angestrebten Höchstleistung, (10 Tflops).

University of Edinburgh (Parallel Computing Centre (EPCC); in Betrieb seit 2005)
Brookhaven 1 (RHIC)
Brookhaven 2 (U.S. Department of Energy (DOE-Hochenergie-Programm am Beschleuniger in Brookhaven.)

23 angestellte Wissenschaftler (UK), ihre Postdocs und Studenten, von sieben Universitäten, gehören zum UKQCD. Die Kosten übernahm ein Joint Infrastructure Fund Award, der mit von 6,6 Millionen Pfund ausgestattet war. Die Personalkosten einschließlich der System-Unterstützung, der zur Programmierung angestellten Physiker und Postdocs) betrugen ungefähr 1 Million Pfund pro Jahr, andere computing- und operating-Kosten beliefen sich auf ungefähr 0.2 Million £, [1]

QCDOC ersetzt ein früheres Projekt, QCDSP, das die Rechnereffizienz dadurch erzeugte, dass eine große Anzahl von Signalprozessoren auf ähnliche Weise zusammengeschaltet wurden.

Der QCDSP-Rechner verband 12.288 Knoten zu einem vierdimensionalen Netz, das 1998 erstmalig 1 Tflops erreichte.

QCDOC kann als Vorläufer des sehr erfolgreichen IBM-Superrechners Blue Gene/L (BG/L) angesehen werden. Beide Rechner haben viele Gemeinsamkeiten, die über Zufallsübereinstimmungen hinausgehen. Der 'Blue Gene' ist auch ein massiv-paralleler Supercomputer, der aus einer Vielzahl billiger und relativ einfacher 'PowerPC 440'-Prozessoren aufgebaut ist (system on a chip, SoC). Dabei sind diese „Knoten-Rechner“ zu einem hochdimensionalen Netz hoher Frequenzbandbreite zusammengeschaltet. Die Rechner unterscheiden sich jedoch dadurch, dass die Prozessoren im BG/L mächtiger sind und dass sie zu einem schnelleren und effektiveren Netz zusammengeschaltet sind, das mehre Hundertausend Knoten umfasst.

Architectur

Knotenrechner

Logik-Schema des ASIC-Systems des QCDOC-Rechners

Die Rechnerknoten sind speziell angefertigte ASICs mit jeweils ca. 50 Millionen Transistoren. Sie werden von IBM selbst hergestellt und arbeiten bei etwa 500 MHz, mit PowerPC 440-Prozessor-Kernen. Jeder Knoten hat einen DIMM-Sockel, der zwischen 128 and 2048 MB bei 333 MHz arbeitet.

Das Betriebssystem kommuniziert mit den Knoten über ein Ethernet. Dies wird auch für Fehlerdiagnostik, Konfigurations- und Kommunikations-Prozesse (z. B. Kommunikation mit Festplatten) benutzt.

Das operating system

Auf dem QCDOC läuft ein spezielles Betriebssystem, QOS, das u.a. das Hochfahren („booten“) des Rechners , Laufzeitprozesse, Monitoring- und Diagnostik-Prozesse ermöglicht und das Verwalten der der zahlreichen Rechnerknoten vereinfacht. Es benutzt einen spezifischen [Betriebssystemkern]] und sorgt u.a. für Kompatibilität mit POSIX-Prozessen ("unix-like"), wobei es die Cygnus-Bibliothek (newlib) benutzt.

Siehe auch

Einzelnachweise

Kategorie:Supercomputer