КОМПЬЮТЕРЫ 

Описание FPGA-суперкомпьютера Maxwell


Общие сведения

Maxwell является высокопроизводительным реконфигурируемым компьютером, разработанным альянсом FHPCA для демонстрации возможностей создания вычислительных приложений на базе ПЛИС-технологий.

Схема суперкомпьютера

Техническое описание

Физически Maxwell состоит из 32 блейд-серверов, управляемых при помощи IBM Blade Center. Каждый сервер содержит один обычный процессор Intel Xeon с тактовой частотой 2.8 ГГц с 1 ГБ ОЗУ, а также 2 ПЛИС-платы различных типов. Один тип ПЛИС-платы разрабатывается фирмой Alpha Data, а другой - фирмой Nallatech (обе входят в состав FHPCA). Платы сделаны на основе ПЛИС Xilinx Virtex-4 и соединяются с основным процессором при помощи интерфейса IBM PCI-X (не путать с PCI Express!). Платы Alpha Data ADM-XRC-4FX содержат 16 МБ статической памяти и 1ГБ динамической памяти (на плату), в то время как платы Nallatech H101 содержат соответственно 64 МБ и 512 МБ.

Узлы суперкомпьютера Maxwell объединены двумя типами вычислительных сетей. С одной стороны, это стандартная сеть Gigabit Ethernet, которая соединяет обычные процессоры и по которой, в частности, в этом кластере работает MPI. С другой стороны, это соединяющая ПЛИС-платы сеть RocketIO. Она соединяет все платы в системе по топологии двумерного тора со скоростью 3.125 Гбит/канал.

Требования к программам

Для эффективного исполнения на ПЛИС-системах вообще (и Maxwell в частности) программа должна удовлетворять ряду требований, а именно:

Методология

Один из возможных методов создания программ для ПЛИС-систем можно представить следующим образом:

Примеры программ

На Maxwell решались три типа задач. Во-первых, это задача оценки цены опционов при помощи метода Монте-Карло ("Опционы Монте-Карло"). Во-вторых, это задача построения трехмерных изображений по набору стереоснимков или стереовидео ("Построение изображений"). Наконец, третья задача ("Поиск нефти и газа") - это решение на ПЛИС обратной задачи поиска месторождений нефти и газа на основе электромагнитного зондирования. Для каждой задачи приведены затраты на разработку (большую часть его составляет именно написание прошивок для ПЛИС). Для каждой задачи также сравниваются времена ее счета: обычный кластер из N процессоров против системы из N ПЛИС-ов (ЦП в этом случае не используется для расчетов).

Результаты по всем задачам приведены в следующей таблице.

Задача Время разработки Ускорение
Опционы Монте-Карло несколько человеко-недель х109 - х322 (разные для разных типов ПЛИС)
Построение изображений (Image-Based Rendering) 6 человеко-месяцев х2.52 (один узел, включая пересылку данных, без - х3.6), х2 (8 узлов)
Поиск нефти и газа 12 человеко-месяцев х4.83 (8 узлов)

© Лаборатория Параллельных информационных технологий НИВЦ МГУ
Rambler's Top100