موضوع مقاله: موتور محاسباتی موازی برای کرومودینامیک کوانتومی - نسل دوم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # موتور محاسباتی موازی برای کرومودینامیک کوانتومی - نسل دوم | مقدمه: "این مقاله در حال ترجمه از ویکی انگلیسی است لطفا حذف نشود." QPACE2 (موتور محاسبات موازی QCD) یک ابررایانه مقیاس پذیر و شدیدا موازی است. | ## بخش 1: موتور محاسباتی موازی برای کرومودینامیک کوانتومی - نسل دوم | این سیستم برای کاربرد های کرومودینامیک کوانتومی شبکه‌ای طراحی شده است، اما برای طیف گسترده تری از کاربرد ها نیز مناسب می باشد. این سامانه در تابستان 2015 راه اندازی شد و برای شبیه سازی های کرودینامیک کوانتومی شبکه ای استفاده می شود. در نوامبر 2015 QPACE2 در فهرست Top500 قدرتمندترین ابررایانه های جهان در رتبه 500 قرار گرفت؛ و در فهرست Green500 به عنوان پانزدهمین ابررایانهٔ دارای بالاترین بهره‌وری انرژی در جهان معرفی شد. معماری بسیاری از ابررایانه های امروزی دارای معماری ترکیبی هستند که از کارت های شتاب دهنده با رابط PCIe استفاده می کنند تا عملکرد محاسباتی را افزایش دهند. روش رایج برای اتصال چندین کارت شتاب‌دهنده به سیستم میزبان، استفاده از چندین پردازنده سرور (معمولا دو یا چهار پردازنده) به صورت سیستم های حافظه اشتراکی توزیع شده است. این روش به دلیل وجود تعداد بیشتری خط PCIe، امکان استفاده از شتاب دهنده های بیشتری در هر گره محاسباتی را فراهم می کند. اما این رویکرد معایب متعددی نیز به همراه دارد: پردازنده‌های سرور، اتصالات داخلی آنها ( QPI برای پردازنده‌های اینتل) و تراشه‌های حافظه، به طور قابل توجهی فضای اشغال شده توسط سیستم میزبان را افزایش می‌دهند. پردازنده‌های سرور به طور قابل توجهی در مصرف انرژی کلی معماری‌های رایانه‌ای هیبریدی نقش دارند و به ظرفیت‌های خنک‌کننده مناسبی نیاز دارند. | ## بخش 2: موتور محاسباتی موازی برای کرومودینامیک کوانتومی - نسل دوم | اتصال داخلی پردازنده سرور می‌تواند مانع ارتباط کارآمد درون گره‌ای شده و محدودیت‌هایی را بر عملکرد ارتباط بین گره‌ای از طریق شبکه خارجی اعمال کند. عملکرد محاسباتی پردازنده‌های سرور معمولا چند برابر کمتر از کارت‌های شتاب‌دهنده است، بنابراین سهم آنها در عملکرد کلی می‌تواند نسبتا کم باشد. برای تحقق این پیکربندی، تمام اجزای داخل گره از طریق یک سوییچ PCIe با 96 خط به یکدیگر وصل می شوند. زیر سیستم تامین توان شامل 48 منبع تغذیه است که در مجموع توان پیک 96 کیلووات فراهم می کنند. QPACE 2 برای دستیابی به این تراکم بسته‌بندی و توان، از راه‌حل خنک‌سازی با آب گرم استفاده می کند. صفحه میانی و کارت CPU برای پروژه QPACE2 طراحی شده شده بود، اما می تواند برای پروژه ها یا محصولات دیگر دوباره استفاده شود. پردازنده سرور کم‌مصرف Intel Xeon E3-1230L v3 از نظر مصرف انرژی بسیار بهینه است، اما در مقایسه با دیگر پردازنده‌های سرور موجود در حدود سال ۲۰۱۵ (و به‌ویژه در مقایسه با اکثر کارت‌های شتاب‌دهنده) از قدرت محاسباتی ضعیف‌تری برخوردار است. CPU سهم قابل توجهی در توان محاسباتی گره ندارد و صرفا برای اجرای سیستم عامل و درایور های مرتبط با سیستم به کار می رود. | ## بخش 3: موتور محاسباتی موازی برای کرومودینامیک کوانتومی - نسل دوم | این معماری همچنین به کارت‌های Xeon Phi اجازه می‌دهد تا از طریق PCIe به‌صورت مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و بدون نیاز به عبور از پردازنده میزبان، مستقیماً به شبکه خارجی دسترسی داشته باشند. در اصل، هر کارتی که از PCIe پشتیبانی کند (مانند شتاب‌دهنده‌های دیگر از جمله GPUها یا فناوری‌های شبکه متفاوت از InfiniBand) می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، به شرطی که ابعاد فیزیکی و مشخصات توان مصرفی آن با طراحی گره سازگار باشد. شبکه ها ارتباطات درون گره ای کاملا از طریق سوییچ PCIe انجام می شود و پردازنده میزبان هیچ دخالتی در آن ندارد. توپولوژی هایپر-کراس بار برای نخستین بار توسط همکاری ژاپنی CP-PACS از فیزیک دانان ذرات معرفی شد. خنک کردن گره های ابررایانه QPACE2 با استفاده از آب و بر پایه مفهومی نوآورانه مبتنی بر فناوری رول باند خنک می شوند. آب از داخل یک صفحه رول‌باند آلومینیومی جریان می‌یابد که از طریق میانجی‌های آلومینیومی یا مسی و خمیر حرارتی یا ماده رابط حرارتی (TIM) به‌طور حرارتی به قطعات داغ متصل شده است. کارایی این مفهوم خنک‌سازی امکان «خنک‌سازی آزاد» را در تمام طول سال فراهم می‌کند. | ## جمع‌بندی | سیستم نرم افزار گره‌های بدون دیسک با استفاده از توزیع استاندارد لینوکس (CentOS 7) اجرا می‌شوند که از طریق شبکه اترنت بوت می‌شود.