RU2367125C1 - Cooled substrate and self-optimising supercomputer - Google Patents
Cooled substrate and self-optimising supercomputer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367125C1 RU2367125C1 RU2008104961/09A RU2008104961A RU2367125C1 RU 2367125 C1 RU2367125 C1 RU 2367125C1 RU 2008104961/09 A RU2008104961/09 A RU 2008104961/09A RU 2008104961 A RU2008104961 A RU 2008104961A RU 2367125 C1 RU2367125 C1 RU 2367125C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooled
- racks
- supercomputer
- boards
- board
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Multi Processors (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к соединению устройств ввода-вывода или устройств центрального процессора или передаче информации или других сигналов между этими устройствами.The invention relates to the connection of input-output devices or devices of the central processor or the transmission of information or other signals between these devices.
Проблема соединений является одной из сложнейших проблем электроники 21-го века. Она держит в тисках жестких ограничений две ее крупнейшие области. На макроуровне она ограничивает развитие суперкомпьютеров, а на микроуровне сдерживает развитие сверхсложных микросхем (СБИС, УБИС, ПЛИС и т.п.).The problem of connections is one of the most difficult problems of electronics of the 21st century. She holds in the grip of severe restrictions her two largest areas. At the macro level, it limits the development of supercomputers, and at the micro level it inhibits the development of highly complex microcircuits (VLSI, UBIS, FPGA, etc.).
Лидером рейтинга суперкомпьютеров по состоянию на ноябрь 2005 г. является система «Blue Gene/L» (Синий Ген), построенная корпорацией IBM (США). Этот суперкомпьютер использует более 130 тысяч процессоров, а его быстродействие составляет 280 триллионов операций с плавающей запятой в секунду (терафлоп). Суперкомпьютер занимает территорию, равную половине теннисного корта. Сравнение архитектур суперкомпьютеров показывает, что превалирует тенденция к кардинальному увеличению числа процессоров в кластере. В «Earth Simulator» было 5120 процессоров, в "Колумбии" - 10160, а в «Blue Gene/L» уже 130 тысяч процессоров. Количество процессоров у лидера 2005 года в 26 раз больше, чем у лидера 2002 года. Однако этот очень дорогостоящий шаг позволил увеличить производительность всего лишь в 8 раз! Налицо экстенсивная тенденция развития суперкомпьютеров, свидетельствующая о серьезных проблемах, сдерживающих развитие параллельных вычислений и суперкомпьютеров. Во многом причиной такого положения является «тирания межсоединений», когда соединить множество микропроцессоров в единую систему становится все труднее и труднее.The leader in the ranking of supercomputers as of November 2005 is the Blue Gene / L system (Blue Gene), built by IBM Corporation (USA). This supercomputer uses more than 130 thousand processors, and its speed is 280 trillion floating point operations per second (teraflop). The supercomputer occupies an area equal to half the tennis court. A comparison of the architectures of supercomputers shows that the tendency towards a cardinal increase in the number of processors in a cluster prevails. There were 5120 processors in Earth Simulator, 10160 in Colombia, and 130 thousand processors in Blue Gene / L. The number of processors in the leader of 2005 is 26 times more than the leader of 2002. However, this very expensive step allowed to increase productivity by only 8 times! There is an extensive trend in the development of supercomputers, indicating serious problems that hinder the development of parallel computing and supercomputers. In many ways, the reason for this situation is the “tyranny of interconnects,” when it becomes more and more difficult to connect multiple microprocessors into a single system.
Производительность параллельных вычислительных машин непосредственно зависит от степени коммуникации между ее процессорами. Основной проблемой, возникающей при использовании шин, является возникновение конфликтов при обращении множества устройств к шине. Например, при общей шине один процессор должен ждать доступа к шине, пока другой процессор осуществляет считывание данных из запоминающего устройства или выполняет запись данных в память. Таким образом, система межсоединений, посредством которых вычислительная машина совместно использует и передает данные между различными процессорами машины, является одной из самых важных характеристик архитектуры параллельных вычислительных машин.The performance of parallel computers directly depends on the degree of communication between its processors. The main problem that arises when using tires is the occurrence of conflicts when multiple devices access the bus. For example, with a shared bus, one processor must wait for access to the bus while another processor is reading data from a storage device or writing data to memory. Thus, the interconnect system through which a computer shares and transfers data between different processors of the machine is one of the most important characteristics of the architecture of parallel computers.
В идеальном случае в вычислительной системе каждый входной узел должен иметь возможность быть непосредственно соединенным с каждым выходным узлом. Аналогичным образом, в идеальной вычислительной машине каждый процессор должен быть непосредственно связан с каждым другим процессором так, чтобы система была полностью или глобально соединена.Ideally, in a computing system, each input node should be able to be directly connected to each output node. Similarly, in an ideal computing machine, each processor should be directly connected to each other processor so that the system is fully or globally connected.
Однако создать такую сеть с использованием известных решений чрезвычайно трудно. Решение возможно с использованием коммутаторов, устанавливающих временные связи между процессорами по запросам самих процессоров. Сеть многокаскадных межсоединений является практичным компромиссом, который обеспечивает возможность получения динамически реконфигурируемого межсоединения каждого узла или процессора системы одновременно только с одним другим узлом или процессором. Сети многокаскадных межсоединений получили распространение, поскольку по сравнению с сетью системы многократных координатных коммутаторов комплексность аппаратных средств уменьшается при сохранении способности установления прямого соединения между любым данным входным портом и любым данным выходным портом. Однако у таких систем тоже возникает множество проблем. Одной из наиболее общих проблем сетей многокаскадных межсоединений является проблема конфликта, возникающего при передаче блоков данных. Он возникает в том случае, если два или более входных сигнала в одном коммутаторе одновременно запрашивают один выход. Проблема коммуникации в крупномасштабных сетях возникает как зеркальное отражение проблемы «тирании межсоединений» на макроуровне.However, creating such a network using well-known solutions is extremely difficult. The solution is possible using switches that establish temporary connections between processors at the request of the processors themselves. A multi-stage interconnect network is a practical compromise that provides the ability to dynamically reconfigure the interconnect of each node or processor of a system simultaneously with only one other node or processor. Multistage interconnect networks are widespread, because in comparison with the network of a multiple coordinate switch system, the complexity of the hardware is reduced while maintaining the ability to establish a direct connection between any given input port and any given output port. However, such systems also have many problems. One of the most common problems of multi-stage interconnect networks is the conflict problem that occurs when transferring data blocks. It occurs if two or more input signals in the same switch simultaneously request one output. The problem of communication in large-scale networks arises as a mirror image of the problem of “tyranny of interconnects” at the macro level.
Решение проблемы «тираний» возможно с помощью технологии интеллектуальных многоконтактных соединений (ИМКС), по патенту РФ №2270493. Для осуществления многоконтактного соединения объединяют в специальные матрицы передатчики (выводы) прибора-источника информации, приемники (вводы) прибора-потребителя информации и концы пучка проводников сигнала. При формировании матриц не соблюдают строгий порядок пространственного расположения их элементов и формируют их хаотически или «как получится». Матрицы передатчиков и приемников соединяют с соответствующими матрицами пучка проводников, не обязательно точно соблюдая их одинаковое взаимное расположение и добиваясь лишь совпадения областей расположения элементов матриц. Такая конструкция соединений не требует высокой точности изготовления и монтажа, что существенно снижает их стоимость и расширяет возможности массового применения. После соединения и при повреждении соединения производят распознавание и запоминание образовавшихся каналов связи. Затем с помощью коммутаторов каналов подключают каждый распознанный и идентифицированный канал связи к вводам и выводам соединяемых приборов в соответствии с заданной таблицей или программой соединений. Распознавание каналов проводят последовательно или параллельно. При повреждении соединения осуществляется самодиагностика и регенерация соединения.The solution to the "tyranny" problem is possible using the technology of intelligent multi-contact connections (IMKS), according to the patent of the Russian Federation No. 2270493. For multi-contact connection, transmitters (outputs) of the information source device, receivers (inputs) of the information consumer device and the ends of the signal conductor bundle are combined into special matrices. When forming matrices, they do not observe the strict order of the spatial arrangement of their elements and form them randomly or “how it turns out”. The matrices of transmitters and receivers are connected to the corresponding matrices of the bundle of conductors, not necessarily strictly observing their identical mutual arrangement and achieving only the coincidence of the areas of arrangement of the matrix elements. This design of the joints does not require high precision manufacturing and installation, which significantly reduces their cost and expands the possibilities of mass application. After the connection and if the connection is damaged, the resulting communication channels are recognized and stored. Then, using the channel switches, each recognized and identified communication channel is connected to the inputs and outputs of the connected devices in accordance with a given table or connection program. Channel recognition is carried out sequentially or in parallel. If the connection is damaged, self-diagnosis and regeneration of the connection are carried out.
ИМКС позволяют решить целый ряд важнейших проблем.IMSS can solve a number of critical problems.
На макроуровне новая технология соединений позволяет соединять одним разъемом устройства, содержащие десятки и даже сотни тысяч выводов. Так, оптический кабель размером 5×5 мм, содержащий оптические волокна диаметром 17 микрон, позволяет создать интерфейс, содержащий до 20 тыс. каналов связи. (Всего в кабеле содержится 90 тыс. волокон.)At the macro level, the new connection technology allows you to connect devices containing tens or even hundreds of thousands of leads with one connector. So, an
По каждому волокну можно передавать информацию со скоростью от 10 до 100 Гбит/с, и это теоретически не предел. Такой миниатюрный кабельный разъем сможет передавать информацию со скоростью до 2000 терабит/с (1012 бит/с).For each fiber, information can be transmitted at a speed of 10 to 100 Gbit / s, and this is theoretically not the limit. Such a miniature cable connector will be able to transmit information at a speed of up to 2000 terabits / s (10 12 bit / s).
Этого достаточно для передачи информации, получаемой от тридцати самых мощных на сегодняшний день суперкомпьютеров типа Blue Gene/L.This is enough to transmit information received from the thirty most powerful supercomputers of the Blue Gene / L type to date.
Гипотетически, чтобы передать такой поток информации с помощью электрических соединений, даже работающих на частоте 1 Ггц, понадобится, по меньшей мере, 400 тыс. проводов диаметром 0,5 мм. Такой кабель будет иметь диаметр 700 мм. Он будет в 140 раз толще кабеля ИМКС!Hypothetically, to transmit such a stream of information using electrical connections, even operating at a frequency of 1 GHz, at least 400 thousand wires with a diameter of 0.5 mm will be needed. Such a cable will have a diameter of 700 mm. It will be 140 times thicker than the IMKS cable!
Использование ИМКС позволяет уменьшить количество процессоров в суперкластерах примерно во столько же раз, во сколько увеличивается интенсивность обмена информацией с кристаллом, т.е. от 2,7 тыс. раз до 25 тыс. раз.The use of IMKS allows one to reduce the number of processors in superclusters by approximately the same amount as the rate of information exchange with the crystal, i.e. from 2.7 thousand times to 25 thousand times.
На практике это означает то, что суперкомпьютер на ИМКС, обладающий производительностью лидера 2005 года Blue Gene/L, можно будет создать не на 130 тысячах процессорах, а всего лишь на 46-и (при использовании ИМКС на 30-и микронных оптоволокнах) или даже на 5-и (на пяти микропроцессорах!) при использовании 10-и микронных оптических волокон в качестве каналов связи.In practice, this means that the IMC supercomputer, with the performance of the 2005 leader Blue Gene / L, can be created not on 130 thousand processors, but only on 46 (when using IMKS on 30 micron optical fibers) or even on 5 (on five microprocessors!) when using 10 micron optical fibers as communication channels.
В связи с развитием сетевых структур в электронике возникла новая тенденция создавать самоорганизующиеся электронные структуры.In connection with the development of network structures in electronics, a new tendency has arisen to create self-organizing electronic structures.
Например, известен способ создания самоорганизующихся виртуальных макроквантовых нейронных сетей по заявке на изобретение РФ №2002131406, заключающийся в том, что при помощи макроквантового алгоритма преобразуют физическое пространство аппаратуры, состоящей из различных блоков, в виртуальное пространство, организованное в виде многослойных ветвящихся нейроподобных сетей, отличающийся тем, что при этом не создают аппаратно выполненные нейроны и электронные связи между нейронами.For example, there is a known method for creating self-organizing virtual macro-quantum neural networks according to the application for invention of the Russian Federation No. 2002131406, which consists in converting the physical space of equipment, consisting of various blocks, into a virtual space organized in the form of multilayer branching neural networks using a macro-quantum algorithm. the fact that they do not create hardware-made neurons and electronic connections between neurons.
Известна заявка на патент США №20030217129 «Самоорганизация интеллектуальной архитектуры сети и методология», по которой интеллектуальная сеть включает множество иерархических интеллектуальных слоев, каждый слой связан коммуникациями, по крайней мере, с одним из превосходящего слоя и одним зависимым слоем. Множество узлов формирует каждый слой, где каждое множество узлов имеет интеллектуальные модули, которые связаны горизонтально в пределах каждого слоя, так же как связаны с интеллектуальными модулями зависимых и превосходящих иерархических слоев, чем обеспечивают сквозную иерархическую самоорганизацию интеллектуальной сети. Соединение модулей в иерархическую структуру осуществляется вычислительной системой по заложенному в нее алгоритму и контролирующей функционирование узлов сети. Собственно подключение узлов в систему производится с использованием средств сетевых соединений, при этом подразумевается, что физическое подключение всех узлов в сеть уже осуществлено ранее, так как сеть существует и все ее узлы функционируют. Система предназначена для повышения эффективности использования ресурсов сети, а также изменения ее структуры путем самоорганизации при нарушении целостности системы (например, при разъединении кабелей) или в случае хакерской атаки.Known US patent application No.20030217129 "Self-organization of intelligent network architecture and methodology", in which the intelligent network includes many hierarchical intelligent layers, each layer is connected by communications, at least one superior layer and one dependent layer. A plurality of nodes forms each layer, where each plurality of nodes has intelligent modules that are connected horizontally within each layer, as well as connected with intelligent modules of dependent and superior hierarchical layers, which provides an end-to-end hierarchical self-organization of the intelligent network. The connection of modules into a hierarchical structure is carried out by a computing system according to the algorithm laid down in it and controlling the functioning of network nodes. Actually the connection of nodes to the system is carried out using network connections, it is understood that the physical connection of all nodes to the network has already been done previously, since the network exists and all of its nodes are functioning. The system is designed to increase the efficiency of the use of network resources, as well as changing its structure by self-organization in case of violation of the integrity of the system (for example, when disconnecting the cables) or in the event of a hacker attack.
Способность самоорганизации интеллектуальной системы сети получена при использовании петель обратной связи, сформированных петлями входа и петлями выхода продукции. Петли обратной связи обеспечиваются, чтобы установить процесс самоорганизации, где интеллектуальные сети могут динамически повторно формировать топологию сети, а также ресурсы, условия и услуги динамически.The ability to self-organize the intelligent network system is obtained by using feedback loops formed by input loops and output loops. Feedback loops are provided to establish a self-organization process where smart networks can dynamically re-shape the network topology, as well as resources, conditions and services dynamically.
Также непрерывная интеллектуальная система сети мониторов узнает все об окружающей среде и о ее воздействии на ресурсы сети, принимает интеллектуальные решения и предпринимает соответствующие действия, основанные на поведении сети, наблюдаемой в прошлом относительно аналогичных воздействий.Also, the continuous intelligent system of the network of monitors learns everything about the environment and its impact on network resources, makes intelligent decisions and takes appropriate actions based on the behavior of the network observed in the past regarding similar effects.
Известна заявка на патент США 20050201300 «Самоконфигурирование беспроводной персональной сетевой области», в которой описаны методы и аппаратные средства, обеспечивающие самоформирование беспроводной персональной сети из массива сетевых устройств.Known patent application US 20050201300 "Self-configuration of a wireless personal network area", which describes methods and hardware for self-formation of a wireless personal network from an array of network devices.
Система включает определение местоположения каждого из устройств, компаратор, соединенный с определителем для того, чтобы сравнивать местоположения каждого из устройств для того, чтобы выбрать необходимое подмножество устройств, и средства коммуникации, соединенные с компаратором, чтобы передать идентификационные данные подмножества к некоторым или всему подмножеству устройств. Полученная информация позволяет автоматически сформировать требуемое подмножество устройств.The system includes determining the location of each of the devices, a comparator connected to the determinant to compare the locations of each of the devices in order to select the required subset of devices, and communication tools connected to the comparator to transmit the identity of the subset to some or all of the subset of devices . The received information allows you to automatically generate the required subset of devices.
Известна заявка США №20050201301 на изобретение «Самоассоциирующаяся беспроводная персональная область сети», где формирование сети происходит самостоятельно на основе определения типа устройств, сравнения их свойств с заданными и подключения в персональную область сети только тех устройств, которые отвечают выбранным критериям.Known US application No.20050201301 for the invention "Self-associating wireless personal area of the network", where the formation of the network takes place independently on the basis of determining the type of devices, comparing their properties with the set and connecting only those devices that meet the selected criteria to the personal area of the network.
Известна заявка США №20050262382 «Масштабируемая архитектура, базирующаяся на программном кворуме», в которой группа компьютеров программно устанавливает кворум (соглашение между собой) для того, чтобы установить и скоординировать доступ к разделенным ресурсам кластерной вычислительной системы. Используя многократно объекты кворума, которые распределены между членами кластера, кластер может однообразно обеспечить доступ к ресурсам большому количеству компьютеров, которые обращаются к масштабируемым ресурсам типа разделенной системы управления базой данных.Known US application No.20050262382 "Scalable architecture based on software quorum", in which a group of computers programmatically establishes a quorum (agreement among themselves) in order to establish and coordinate access to shared resources of a cluster computing system. Using multiple quorum objects that are distributed among cluster members, the cluster can uniformly provide access to resources to a large number of computers that access scalable resources such as a shared database management system.
Известна заявка США №20060268791 «Самоорганизующаяся многоканальная петлевая сеть». Специальные узлы сети используются как отправные точки для того, чтобы сформировать группы полностью связанных узлов. Здесь все узлы могут общаться непосредственно друг с другом и связи отвечают транспортным требованиям, как предназначено их индивидуальной конфигурацией и топологическими положениями. Связи, которые не сталкиваются друг с другом, как предполагают, будут работать одновременно, таким образом увеличивая полосу пропускания, предлагаемую целой системой. Когда есть изменение к системе, типа отключения или введения узла, система приспособится с минимальным воздействием на его операцию. Как только все группы сформированы в системе, группы теперь способны к коммуникациям между группами с увеличением полосы пропускания для таких коммуникаций.Known US application No.20060268791 "Self-organizing multi-channel loop network." Special hosts are used as starting points in order to form groups of fully connected hosts. Here, all nodes can communicate directly with each other and communications meet transport requirements, as intended by their individual configuration and topological positions. Connections that do not collide with each other are expected to work simultaneously, thereby increasing the bandwidth offered by the whole system. When there is a change to the system, such as shutting down or introducing a node, the system will adapt with minimal impact on its operation. Once all groups are formed in the system, groups are now capable of communication between groups with an increase in bandwidth for such communications.
Известен патент РФ №2198481 «Глобальное бесконфликтное соединение». В патенте описано средство, предназначенное для преодоления проблем, связанных с маршрутизацией передаваемого блока данных и конфликтом передаваемого блока данных в сетях глобальных межсоединений. В патенте показано, что абонентский доступ к системам с комплексным представлением информации потребует коммутаций сотен тысяч абонентских линий, причем каждая линия обеспечивает прогон более пятисот мегабайт в секунду. Для удовлетворения этих перспективных требований потребуются пропускные способности, которые на три-четыре порядка больше планируемых возможностей современной технологии электросвязи.Known RF patent No. 2198481 "Global conflict-free connection." The patent describes a tool designed to overcome the problems associated with the routing of the transmitted data block and the conflict of the transmitted data block in the global interconnect networks. The patent shows that subscriber access to systems with a comprehensive presentation of information will require switching hundreds of thousands of subscriber lines, with each line running over five hundred megabytes per second. To meet these promising requirements, throughputs that are three to four orders of magnitude greater than the planned capabilities of modern telecommunication technology will be required.
Известен патент РФ №2202123 «Параллельная вычислительная система с программируемой архитектурой». Система содержит N параллельных процессоров, каждый из которых содержит матрицу процессорных элементов, ОЗУ, управляющий процессор, системную шину, служебное ОЗУ, буферное ОЗУ, блок загрузки и одну или более коммуникационных сред.Known RF patent No. 2202123 "Parallel computing system with programmable architecture." The system contains N parallel processors, each of which contains a matrix of processor elements, RAM, a control processor, a system bus, service RAM, buffer RAM, a boot unit, and one or more communication media.
Известна заявка РФ №96123059 «Вычислитель с перепрограммируемой архитектурой», содержащий в своей основе базовые вычислительные элементы, входы/выходы которых соединены между собой по принципу каждый с каждым, подсоединены к общей внутренней шине F-bus и схеме синхронизации, отличающийся тем, что вычислитель содержит скоростную шину, позволяющую объединять несколько охлаждаемых плат для решения сложных задач и позволяющую использовать электрические и оптические линии связи, реализован на основе многопроцессорной, а базовые вычислительные элементы выполнены на базе современных программируемых пользователем микросхем FPGA.Known application of the Russian Federation No. 96123059 "Computer with a reprogrammable architecture", containing basically basic computing elements, the inputs / outputs of which are interconnected according to the principle each with each, connected to a common internal F-bus and synchronization circuit, characterized in that the computer contains a high-speed bus that allows you to combine several cooled boards to solve complex problems and allows you to use electrical and optical communication lines, is implemented on the basis of multiprocessor, and basic computing elements are made on the basis of today's user-programmable FPGA chip.
Известен патент РФ №2003124690 «Архитектура адаптивной параллельно-конвейерной нейронной сети для коррекции ошибок», содержащая блок нейронной сети, отличающаяся тем, что в нее включены блок реконфигурации, причем информационный вход сети соединен со входом нейронной сети, выход которой соединен с входом блока реконфигурации управляющим входом демультиплексоров блока обнаружения ошибок и управляющим входом постоянного запоминающего устройства весовых коэффициентов блока исправления ошибок, выход которого является выходом адаптивной параллельно-конвейерной нейронной сети.Known RF patent No. 2003124690 "Architecture of an adaptive parallel-conveyor neural network for error correction", containing a neural network unit, characterized in that it includes a reconfiguration unit, and the network information input is connected to the input of the neural network, the output of which is connected to the input of the reconfiguration unit the control input of the demultiplexers of the error detection unit and the control input of the read-only memory of the weight coefficients of the error correction unit, the output of which is the output of the adaptive parallel-conveyor neural network.
Известна заявка США №20060242225 «Самоформирующаяся и самовосстанавливающаяся конфигурация, разрешающая замену агентов с эффектом живого ремонта», по которой конфигурация включает набор агентов в "плоской" архитектуре аппаратных средств и позволяет обеспечить самоформирование и самовосстановление иерархической архитектуры путем использования программного обеспечения. Изобретение может использоваться в различных вариантах, например с целью поддержания целостности сети. В другом варианте сеть, контролирующая безопасность здания, предусматривает агентов сети способными к коммуникации с любыми другими агентами в сети при запуске сети. Вскоре после инициализации сети программная архитектура, основанная на плоской архитектуре аппаратных средств, перестраивает связи и коммуникации, чтобы обеспечить эффективную иерархию управления, и заменяет рабочими агентами скомпрометированных агентов по мере необходимости в сети.Known US application No. 200,024,2252 "Self-forming and self-healing configuration that allows the replacement of agents with the effect of live repair", according to which the configuration includes a set of agents in the "flat" architecture of the hardware and allows for self-formation and self-healing of the hierarchical architecture by using software. The invention can be used in various ways, for example, to maintain network integrity. In another embodiment, the building security monitoring network provides network agents capable of communicating with any other agents on the network when the network starts. Shortly after network initialization, a software architecture based on a flat hardware architecture restructures communications to provide an effective management hierarchy, and replaces compromised agents with working agents as needed on the network.
Недостатком таких решений является использование либо сравнительно небольшого числа радиосоединений, к тому же обладающих ограниченной пропускной способностью, либо использование чисто программных средств формирования виртуальной «параллельной» архитектуры, которая физически все равно остается последовательной. Сетевые же Интернет-решения, несмотря на то что они реально являются самым настоящим параллельным сетевым или древовидным решением, пока еще малопригодны для создания высокопроизводительных суперкластеров в связи с недостаточной для этих целей пропускной способностью оптоволоконных одномодовых шин, используемых в таких сетях. Реальное создание суперкластеров возможно только с использованием многоканальных оптических шин с производительностью, в десятки тысяч раз превышающие производительность Интернет-соединений.The disadvantage of such solutions is the use of either a relatively small number of radio connections, which also have limited bandwidth, or the use of purely software tools for creating a virtual "parallel" architecture, which physically remains consistent anyway. Internet network solutions, although they are really a real parallel network or tree solution, are still unsuitable for creating high-performance superclusters due to the insufficient bandwidth for these purposes of the optical fiber single-mode buses used in such networks. The real creation of superclusters is possible only with the use of multi-channel optical buses with a performance that is tens of thousands of times higher than the performance of Internet connections.
За прототип по самоформирующемуся суперкомпьютеру принята компьютерная система по заявке на изобретение РФ №96100215, содержащая, по крайней мере, одну стойку, установленные и скоммутированные на ней узлы, обрабатывающие информацию и соединенные с основанием устройства ввода и/или вывода информации, отличающаяся тем, что коммутация узлов, обрабатывающих информацию, выполнена в виде соединения узлов, адекватных вихревым, и/или иерархически развивающимся, или коллапсирующим информационным потокам, и/или в виде расширяющегося или сжимающегося в информационных потоках доминирующего кластера из указанных узлов, причем соединение узлов друг с другом осуществлено, по крайней мере, через один световодный жидкокристаллический слой основания, при этом основание выполнено в виде объемного оптоэлектронного модуля. Узел, обрабатывающий информацию, выполнен в виде оптоэлектронного модуля, узлы, обрабатывающие информацию и образующие информационную среду, установлены на одном и/или нескольких основаниях в хаотичном порядке. Световодный зонд выполнен в виде U-образной петли, у которой оба конца зонда соединены с узлом, обрабатывающим информацию. В качестве контактного устройства использован оптоэлектронный модуль.For the prototype of a self-forming supercomputer, a computer system was adopted according to the application for the invention of the Russian Federation No. 96100215, containing at least one rack, nodes that are installed and connected on it, that process information and are connected to the base of the input and / or output information device, characterized in that switching nodes processing information is made in the form of a connection of nodes adequate to vortex, and / or hierarchically developing, or collapsing information flows, and / or in the form of expanding or compressing It is found in the information flows of the dominant cluster from these nodes, and the nodes are connected to each other via at least one light guide liquid crystal base layer, and the base is made in the form of a bulk optoelectronic module. The information processing unit is made in the form of an optoelectronic module, the nodes processing information and forming the information environment are installed on one and / or several bases in a chaotic manner. The light guide probe is made in the form of a U-shaped loop, in which both ends of the probe are connected to the information processing unit. An optoelectronic module is used as a contact device.
Основания с суперпроцессорами, установленные в корпусе компьютерной системы, соединены друг с другом световодами последовательно или зигзагообразно. Основания установлены в корпусе компьютерной системы в виде прямоугольной призмы. Недостатком прототипа является технологическая сложность реализации оптических связей через световодный жидкокристаллический слой основания.Bases with superprocessors installed in the computer system case are connected to each other by optical fibers in series or in a zigzag fashion. The bases are installed in a computer system case in the form of a rectangular prism. The disadvantage of the prototype is the technological complexity of the implementation of optical communications through a light guide liquid crystal base layer.
Предлагаемыми изобретениями решаются задачи упрощения технологии создания микросхем и суперкомпьютеров.The proposed inventions solve the problems of simplifying the technology of creating microchips and supercomputers.
Технический результат, получаемый от изобретений, заключается в создании группы микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями, принципиально новой охлаждаемой платы для сверхплотного монтажа таких микросхем и самоформирующийся суперкомпьютер, использующий возможности, которые дает применение многоконтактных оптоволоконных соединений.The technical result obtained from the inventions is to create a group of microcircuits with fiber optic multi-pin connections, a fundamentally new cooled board for super-dense installation of such microcircuits, and a self-forming supercomputer that takes advantage of the possibilities offered by the use of multi-pin fiber optic connections.
Следующая группа отличий относится к охлаждаемой плате, содержащей плоскости, на которых имеются токопроводящие шины и размещены микросхемы.The next group of differences relates to a cooled board containing planes on which there are conductive buses and microcircuits are placed.
1. Охлаждаемая плата, содержащая плоскости, на которых имеются токопроводящие шины и размещены микросхемы, отличается тем, что:1. The cooled board, containing the plane, on which there are conductive buses and microcircuits are placed, characterized in that:
1.1. Содержит корпус в виде пластины или n-угольной призмы, на плоскостях которой приклеены или закреплены иначе микросхемы, содержащие многоконтактные оптоволоконные разъемы:1.1. It contains a housing in the form of a plate or an n-carbon prism, on the planes of which microchips containing multi-pin fiber-optic connectors are glued or otherwise fixed:
1.1.1 - при этом на одной из торцевых сторон охлаждаемой платы расположены устройство для автоматического прикрепления охлаждаемой платы к стойке и разъем для подключения токопроводящих шин охлаждаемой платы к источнику питания при прикреплении охлаждаемой платы к стойке;1.1.1 - at the same time, on one of the end sides of the cooled board there is a device for automatically attaching the cooled board to the rack and a connector for connecting the conductive busbars of the cooled board to the power source when attaching the cooled board to the rack;
1.1.2 - при этом в корпусе охлаждаемой платы расположен или фреоновый, или водяной, или электрический охладитель, а в торцевой части охлаждаемой платы размещены устройства для автоматического подключения охладителя к расположенным на стойке ответным частям внешней системы охлаждения или к источнику питания.1.1.2 - in this case, either a freon, or water, or electric cooler is located in the case of the cooled board, and devices are installed in the end part of the cooled board for automatically connecting the cooler to the mating parts of the external cooling system located on the rack or to the power source.
Предложен самоформирующийся суперкомпьютер.A self-forming supercomputer is proposed.
Следующая группа отличий относится к самоформирующемуся суперкомпьютеру, содержащему:The following group of differences relates to a self-forming supercomputer containing:
- множество стоек, на каждой из которых размещен массив разъемов для подключения токопроводящих шин питания стоек к шинам питания охлаждаемых плат;- a lot of racks, each of which has an array of connectors for connecting conductive power racks to the power buses of the cooled boards;
- массив охлаждаемых плат с размещенными на них микросхемами, причем охлаждаемые платы имеют устройства для их закрепления на стойках.- an array of cooled boards with microcircuits placed on them, and the cooled boards have devices for fixing them on racks.
Элементы суперкомпьютера соединяются друг с другом с помощью оптоволоконных и электрических шин.Elements of the supercomputer are connected to each other using fiber optic and electrical buses.
2. Самоформирующийся суперкомпьютер отличается тем, что:2. A self-forming supercomputer is characterized in that:
2.1 - содержит компьютер-строитель (или билдер, от англ. Builder - строитель);2.1 - contains a computer-builder (or builder, from the English. Builder - builder);
2.2 - содержит один или несколько манипуляторов, управляемых этим компьютером;2.2 - contains one or more manipulators controlled by this computer;
2.3 - содержит библиотеки:2.3 - contains libraries:
2.3.1 - содержит библиотеки охлаждаемых плат с микросхемами;2.3.1 - contains libraries of cooled boards with microcircuits;
2.3.2 - содержит библиотеки оптоволоконных шин и электрических кабелей2.3.2 - contains libraries of fiber optic buses and electric cables
в виде наборов этих элементов, установленных в доступных для манипуляторов магазинах.in the form of sets of these elements installed in stores available for manipulators.
3.1. Стойки суперкомпьютера имеют:3.1. Supercomputer racks have:
3.1.1. - или линейную форму, например сделаны в виде пластины или параллелепипеда;3.1.1. - or a linear shape, for example made in the form of a plate or parallelepiped;
3.1.2. - или форму треугольной призмы;3.1.2. - or the shape of a triangular prism;
3.1.3 - или форму квадратной призмы;3.1.3 - or the shape of a square prism;
3.1.4. - или форму многоугольной призмы;3.1.4. - or the shape of a polygonal prism;
3.1.1. - или форму цилиндра.3.1.1. - or cylinder shape.
3.2. Внутри стоек размещены:3.2. Inside the racks are placed:
- или токопроводящие шины (например, при использовании электрической системы охлаждения с использованием элементов Пельтье);- or conductive busbars (for example, when using an electric cooling system using Peltier elements);
- или патрубки системы охлаждения с автоматическими клапанами при использовании жидкостной или фреоновой системы охлаждения и токопроводящие шины.- or cooling system pipes with automatic valves when using a liquid or freon cooling system and conductive busbars.
3.3. На внешних поверхностях стоек установлены:3.3. On the outer surfaces of the racks installed:
3.3.1. - массивы устройств для автоматического прикрепления охлаждаемых плат к стойкам.3.3.1. - arrays of devices for automatically attaching cooled boards to racks.
4. Оптоволоконные шины, соединяющие охлаждаемые платы, размещаются и/или:4. Fiber optic buses connecting cooled boards are located and / or:
4.1. - в кабельных каналах, расположенных на полу;4.1. - in cable channels located on the floor;
4.2. - в промежутках между рядами охлаждаемых плат в стойках;4.2. - in between the rows of cooled boards in racks;
4.3. - в промежутках между стойками;4.3. - in between the racks;
4.4. - и/или проводятся как получится, без кабельных каналов по промежуткам между охлаждаемыми платами, между стойками, а также по полу, исходя из соображений экономии кабеля или экономии внутреннего пространства суперкомпьютера.4.4. - and / or are carried out as it happens, without cable channels between the cooled boards, between the racks, and also on the floor, based on considerations of saving the cable or saving the internal space of the supercomputer.
5. Манипуляторы, управляемые компьютером-строителем, расположены:5. The manipulators controlled by the computer builder are located:
5.1. - и/или на верхней части стойки;5.1. - and / or on the top of the rack;
5.2. - и/или на направляющих, размещенных над стойками.5.2. - and / or on rails placed above the uprights.
6. Манипуляторы снабжены устройствами:6. The manipulators are equipped with devices:
6.1. - и/или для установки охлаждаемых плат в стойки и отсоединения охлаждаемых плат от стоек;6.1. - and / or for installing cooled boards in racks and disconnecting cooled boards from racks;
6.2. - и/или для проведения к охлаждаемым платам, подключения, отключения и снятия проведенных ранее оптоволоконных шин.6.2. - and / or for conducting to cooled boards, connecting, disconnecting and removing previously conducted fiber-optic buses.
Приведенных отличий нет в известных патентных источниках по суперкомпьютерам. Простота осуществления многоконтактных оптоволоконных соединений позволяет осуществлять их с помощью манипулятора. В данном решении сборка и формирование всех связей суперкомпьютера - это полностью автоматизированный процесс, осуществляемый компьютером-строителем исходя из конкретного задания. При большом числе элементов применение манипуляторов позволяет перейти на качественно новый уровень технических решений.The above differences are not found in well-known patent sources on supercomputers. The ease of implementation of multi-contact fiber optic connections allows them to be carried out using a manipulator. In this solution, the assembly and formation of all the connections of a supercomputer is a fully automated process carried out by a computer builder based on a specific task. With a large number of elements, the use of manipulators allows you to switch to a qualitatively new level of technical solutions.
Предлагаемые изобретения поясняются фиг.1-9.The proposed invention is illustrated in figures 1-9.
На фиг.1-5 показано устройство охлаждаемой платы.Figure 1-5 shows the device of the cooled board.
На фиг.6, 7 и 8 показано устройство стоек самоформирующегося суперкомпьютера с массивом охлаждаемых плат и манипулятором, размещенным на верхней части стойки.Figures 6, 7 and 8 show the structure of the racks of a self-forming supercomputer with an array of cooled boards and a manipulator located on the top of the rack.
На фиг.9 показана общая компоновка самоформирующегося суперкомпьютера со стойками, магазинами охлаждаемых плат и оптоволоконных шин, компьютером-строителем и кабельными каналами.Figure 9 shows the general layout of a self-forming supercomputer with racks, shops of refrigerated circuit boards and fiber optic buses, a construction computer, and cable channels.
На фиг.1-9 цифрами обозначены.In figures 1-9 are indicated by numbers.
Охлаждаемая плата:Cooled Board:
1 - охлаждаемая плата;1 - cooled board;
2 - микросхемы на пластине полупроводника, например кремния, закрытые крышками с оптоволоконным разъемом;2 - microcircuits on a semiconductor wafer, for example silicon, closed by covers with a fiber optic connector;
3 - многоконтактный оптоволоконный разъем. Разъем, предназначенный для соединения микросхем с ИМКС оптоволоконной шиной;3 - multi-pin fiber optic connector. A connector designed to connect microchips to the IMX fiber optic bus;
4 - оптоволоконная шина, представляющая собой, например, жгут регулярных оптических волокон диаметром в несколько микрон и длиной от 20-30 мм до нескольких метров, по которому происходит передача многоволоконного оптического сигнала, генерируемого матрицей передатчиков сигнала одной микросхемы к матрице приемников сигнала другой или этой же микросхемы;4 - an optical fiber bus, which is, for example, a bundle of regular optical fibers with a diameter of several microns and a length of 20-30 mm to several meters, through which a multi-fiber optical signal generated by a matrix of signal transmitters of one microcircuit to a matrix of signal receivers of another or this one is transmitted microchips;
5 - корпус охлаждаемой платы с охладителем. Плата содержит фреоновый, или водяной, или электрический охладитель, вмонтированный в ее корпус. Фреоновый или жидкостной охладитель может представлять собой плоскую деталь, имеющую внутреннюю полость, соединенную с входным и выходным патрубками, размещенными на торцевой стороне охлаждаемой платы. Электрический охладитель может представлять собой плоский элемент Пельтье, вмонтированный в корпус охлаждаемой платы и имеющий разъем для подвода питания, расположенный на торцевой стороне охлаждаемой платы;5 - case of the cooled board with a cooler. The board contains freon, or water, or an electric cooler mounted in its case. A freon or liquid cooler may be a flat part having an internal cavity connected to the inlet and outlet nozzles located on the front side of the cooled board. The electric cooler may be a flat Peltier element mounted in the case of the cooled board and having a power supply connector located on the front side of the cooled board;
6 - плоские поверхности охладителя, на которых имеются токопроводящие шины и размещены микросхемы. На внешних поверхностях охлаждаемой платы также размещены токопроводящие шины для подвода электроэнергии к микросхемам. Эти шины соединены с электрическим разъемом, размещенным на торцевой части охлаждаемой платы так, что при соединении охлаждаемой платы со стойкой эти разъемы подключаются к ответным частям разъемов, соединенных с токопроводящими шинами, размещенными в стойках суперкомпьютера;6 - flat surfaces of the cooler, on which there are conductive buses and microcircuits are placed. Conducting buses are also located on the external surfaces of the cooled board for supplying electricity to microcircuits. These buses are connected to an electrical connector located on the end of the cooled board so that when connecting the cooled board to the rack, these connectors are connected to the mating parts of the connectors connected to the conductive buses located in the racks of the supercomputer;
7 - торцевая часть охлаждаемой платы;7 - end part of the cooled board;
8 - разъем для подключения токопроводящих шин охлаждаемой платы к токопроводящим шинам стойки;8 - connector for conducting busbars of the cooled board to the busbars of the rack;
9 - элемент устройства для автоматического прикрепления охлаждаемых плат к стойке манипуляторами (например, гайка с резьбой, которая автоматически наворачивается на крепежный винт стойки);9 - an element of the device for automatically attaching the cooled boards to the rack with manipulators (for example, a nut with a thread that automatically turns onto the mounting screw of the rack);
10 - входной и выходной патрубки жидкостной или фреоновой системы охлаждения.10 - inlet and outlet nozzles of a liquid or freon cooling system.
Самоформирующийся суперкомпьютер:Self-forming supercomputer:
11 - стойка суперкомпьютера;11 - rack supercomputer;
12 - массив охлаждаемых плат, содержащий микросхемы;12 is an array of cooled boards containing microcircuits;
13 - компьютер-строитель;13 - computer builder;
14 - магазин с библиотекой оптоволоконных шин;14 - a store with a library of fiber optic tires;
15 - магазин с библиотекой охлаждаемых плат;15 - a store with a library of cooled boards;
16 - кабельные каналы, расположенные на полу;16 - cable channels located on the floor;
17 - стоечный манипулятор, управляемый компьютером-строителем;17 - rack manipulator controlled by a computer-builder;
18 - устройство для проведения к охлаждаемым платам, подключения, отключения и снятия проведенных ранее оптоволоконных шин;18 - a device for conducting to cooled boards, connecting, disconnecting and removing previously conducted fiber optic buses;
19 - устройство для установки охлаждаемых плат в стойки и отсоединения охлаждаемых плат от стоек;19 - a device for installing cooled boards in racks and disconnecting cooled boards from racks;
20 - размещенная над стойками направляющая для перемещения манипулятора;20 - guide placed above the racks for moving the manipulator;
21 - массив оптоволоконных шин, размещенный между массивами охлаждаемых плат на стойках, или массив межплатных одностоечных соединений;21 - an array of fiber-optic buses located between arrays of cooled boards on racks, or an array of single-board inter-board connections;
22 - межстоечный манипулятор, управляемый компьютером-строителем.22 is an inter-column manipulator controlled by a computer builder.
На фиг.1 показана кремниевая пластина с регулярной структурой, состоящей из микросхем 2, закрытых крышками с оптоволоконными разъемами 3. На фиг.1 показан вариант с одинаковым количеством оптоволоконных многоконтактных разъемов на крышке каждой микросхемы, хотя принципиально на каждой микросхеме может быть разное количество различных разъемов. Функциональными элементами микросхем такой охлаждаемой платы могут служить массивы вентилей ПЛИС, элементы, моделирующие нейроны нейрокомпьютера, транспьютеры, массивы процессоров и т.п.Figure 1 shows a silicon wafer with a regular structure consisting of
На фиг.2 показана структура одноплатных соединений микросхем, выполненная на пластине с микросхемами 2. На чертеже показан вариант размещения массива межплатных оптоволоконных шин 4, посредством которых осуществляются все межкристальные одноплатные и межплатные соединения. Из разъемов 3 одной микросхемы оптоволоконные шины могут быть вставлены либо в другие разъемы 3 этой же микросхемы, либо в другие разъемы 3 любой другой микросхемы на этой же охлаждаемой плате, либо в разъем 3 любой микросхемы, расположенной на любой другой охлаждаемой плате.Figure 2 shows the structure of single-circuit connections of microcircuits made on a plate with
На фиг.3 показан вид охлаждаемой платы с торцевой стороны. На чертеже показано размещение пластины с микросхемами. Как вариант показан случай, когда пластину кремния вообще не распиливают на отдельные кристаллы с микросхемами. Это позволяет избежать целого ряда сложнейших операций, двойной распайки микросхем и их корпусирования в том смысле, как это делают сейчас. Т.е. когда распиливают пластину со сформированным блоком микросхем на кристаллы, потом кристаллы приклеивают в колодце корпуса микросхемы, т.е. корпусируют микросхему, затем припаивают внутренние выводы корпуса к контактным площадкам микросхем и только после этого припаивают микросхему на многослойную плату. Между всеми этими операциями проводят множество контрольных операций и тестирований, что значительно удорожает продукцию и повышает ее трудоемкость. При производстве крупных блоков микросхем с многоконтактными оптоволоконными соединениями, предназначенных для использования в суперкомпьютерах, можно вообще не распиливать пластину на кристаллы. Корпусирование таких микросхем будет заключаться в приклеивании на внешнюю поверхность пластины с микросхемами блока крышек с оптоволоконными разъемами, так чтобы разъемы на поверхности крышек совпадали с положением матриц приемников сигнала и матриц передатчиков сигнала. После этого пластины можно приклеивать на корпус охладителя с двух сторон и соединять разъемы оптоволоконными шинами в любом требуемом порядке. Такая конструкция показана на фиг.3 и 4. Ее использование в десятки раз повысит выход годных микросхем и снизит трудоемкость их изготовления.Figure 3 shows a view of the cooled board from the front side. The drawing shows the placement of the plate with microcircuits. As an option, the case is shown when the silicon wafer is not cut at all into individual crystals with microcircuits. This avoids a number of complicated operations, double wiring of microcircuits and their packaging in the sense that they are doing now. Those. when a plate with a formed block of microcircuits is cut into crystals, then the crystals are glued in the well of the microcircuit housing, i.e. they package the microcircuit, then solder the internal leads of the case to the contact pads of the microcircuits, and only then solder the microcircuit onto a multilayer board. Between all these operations, a lot of control operations and tests are carried out, which significantly increases the cost of production and increases its complexity. In the production of large blocks of microcircuits with multi-contact fiber optic connections intended for use in supercomputers, you can not saw the plate into crystals at all. The packaging of such microcircuits will be gluing onto the outer surface of the plate with microcircuits of the cover block with fiber optic connectors, so that the connectors on the surface of the covers coincide with the position of the matrices of the signal receivers and the matrices of the signal transmitters. After this, the plates can be glued to the cooler body on both sides and the connectors are connected with fiber optic buses in any desired order. Such a design is shown in FIGS. 3 and 4. Its use will increase the yield of usable circuits tens of times and reduce the complexity of their manufacture.
Охлаждаемая плата, показанная на фиг.3 и 4, служит для размещения микросхем 2 на плоских поверхностях охладителя 6 и содержит разъемы для подключения токопроводящих шин охлаждаемой платы к токопроводящим шинам стойки 8 и элементы устройства для автоматического прикрепления охлаждаемых плат к стойке (например, отверстие с резьбой) 9. Поз.10 обозначены входной и выходной патрубки охладителя (жидкостного или фреонового).The cooled board shown in FIGS. 3 and 4 serves to place the
На фиг.4 и 5 показан вид двух охлаждаемых плат 1 с микросхемами 2, размещенных друг над другом так, как они размещаются в стойках суперкомпьютера 11.Figures 4 and 5 show a view of two cooled
На фиг.5 показан вид некоторых вариантов разводки межплатных ближних и дальних одноплатных межкристальных многоконтактных оптоволоконных соединений. Показана возможность соединения микросхем, расположенных в противолежащих слоях на платах, размещенных в массиве стоек, друг над другом. Микросхемы 8 размещены на охлаждаемых плоских поверхностях охладителя 6. В многоконтактные оптоволоконные разъемы 3 вставлены оптоволоконные шины 4, которые соединены с разъемами 3, находящимися в разных местах охлаждаемых плат, на одной или другой стороне охлаждаемой платы, либо соединены с разъемами, находящимися на соседней охлаждаемой плате. Поз.8 обозначен разъем для подключения токопроводящих шин охлаждаемой платы к токопроводящим шинам стойки (на фигурах токопроводящие шины не показаны). Поз.10 обозначено соединение патрубков жидкостного охладителя охлаждаемой платы 1 с подводящим патрубком стойки суперкомпьютера 11.Figure 5 shows a view of some wiring options for interboard near and far single board interchip multi-contact fiber optic connections. The possibility of connecting microcircuits located in opposite layers on the boards located in the array of racks, one above the other is shown.
На фиг.6, 7 и 8 показано устройство стоек суперкомпьютера 11 с массивом охлаждаемых плат 12 и стоечным манипулятором 17, размещенным на верхней части стойки суперкомпьютера 11.Figures 6, 7 and 8 show the structure of the racks of a
На фиг.9 показана общая компоновка самоформирующегося суперкомпьютера со стойками 11, магазином с библиотекой охлаждаемых плат 15, магазином с библиотекой оптоволоконных шин 14, компьютером-строителем 13 и кабельными каналами 16.Figure 9 shows the General layout of a self-forming supercomputer with
Комплекс изобретений работает следующим образом. Комплектуют охлаждаемые платы 1 различными наборами микросхем 2. Межкристальные соединения оптоволоконными шинами 4 в этих платах могут быть сделаны предварительно полностью или частично. Затем заполняют этими охлаждаемыми платами 1 магазины с библиотекой охлаждаемых плат 15. Заполняют магазин библиотеки оптоволоконных шин 14 набором оптоволоконных шин 4 различной длины. В исходном состоянии стойки суперкомпьютера 11 пусты, а отверстия 10 системы охлаждения (фиг.5, в случае использования жидкостной или фреоновой системы) закрыты клапанами (клапаны на фигурах не показаны). После этого запускают в работу компьютер-строитель 13, который по специальному алгоритму управляет манипуляторами 17. Используя устройство для установки охлаждаемых плат в стойки и отсоединения охлаждаемых плат от стоек 19, межстоечный манипулятор 22, установленный на направляющей 20, размещенной над стойками 11, извлекает из магазинов библиотеки охлаждаемых плат 15 требуемую плату 1 и, переместившись к нужной стойке 11, передает плату 1 стоечному манипулятору 17, размещенному на стойке 11.The complex of inventions works as follows. The cooled
Затем или одновременно с этим межстоечный манипулятор 22 извлекает из магазинов 14 оптоволоконные шины 4 требуемой длины и также передает ее стоечному манипулятору 17.Then, or at the same time, the rack-mount arm 22 retrieves from the magazines 14 fiber-optic tires 4 of the required length and also transfers it to the rack-
Получив плату 1 и набор оптоволоконных шин 4, стоечный манипулятор 17, используя свое устройство для установки охлаждаемых плат 19, устанавливает плату 1 в стойку 11. При этом включается соответствующее устройство для автоматического прикрепления охлаждаемой платы к стойке, которое закрепляет плату 1 на стойке 11. При этом соединяются разъемы 8, подключая шины питания стойки 11 к шинам питания охлаждаемой платы 1. Одновременно патрубки системы охлаждения 10 охлаждаемой платы 1 соединяются с патрубками системы охлаждения, размещенными на стойке 11, и открываются электромагнитные или механические клапаны, обеспечивающие поступление хладагента в подключенную плату. Эти же клапаны препятствуют утечке хладагента из патрубков стойки, к которым не подключены патрубки охлаждаемой платы 1.Having received the
После или в процессе установки на стойки массива охлаждаемых плат 12 стоечные манипуляторы 17, используя устройства 18 (их конструкция на чертежах не показана, так как для этих целей могут быть использованы известные типы манипуляторов), осуществляют внутриплатные и одностоечные межплатные соединения, используя для этого оптоволоконные шины 4, которые подаются им межстоечным манипулятором 22 из магазина библиотеки оптоволоконных шин 14.After or during installation on racks of an array of cooled
Одновременно с процессом формирования массива межплатных одностоечных соединений 21, которые размещаются в пространстве между рядами охлаждаемых плат 1 на стойках 11, манипуляторами 17 и 22 совместно производятся межстоечные соединения. Эти соединения прокладываются или в кабельных каналах 16, расположенных на полу, либо вообще могут прокладываться "как получится" по всей поверхности пола между стойками по принципу "как получится". Так как процесс протекает полностью автоматически, то постоянного доступа операторов в межстоечное пространство не требуется. В исключительных или аварийных случаях, когда такой доступ потребуется, его можно осуществлять, используя межстоечную направляющую 20 и специальное сиденье, размещенное на манипуляторе 22 или на отдельном устройстве, или иные средства, чтобы перемещаться поверх массива оптоволоконных шин, размещенных в межстоечном пространстве.Simultaneously with the process of forming an array of single-board single-
Таким образом, используя компьютер-строитель 13, управляющий манипуляторами 17 и 22, суперкомпьютер осуществляет автоматическое самоформирование по заданной программе. Более того, по мере расширения своих функциональных возможностей функции самоформирования суперкомпьютер может выполнять сам, передавая компьютеру-строителю 13 другие функции, например ремонта путем замены вышедших из строя охлаждаемых плат, удаления оптошин связей, ставших ненужными или неэффективными.Thus, using the building computer 13, which controls the
Использование манипуляторов для самоформирования суперкомпьютеров необходимо по следующим причинам:The use of manipulators for self-formation of supercomputers is necessary for the following reasons:
1. Обеспечивается автоматизированный процесс сборки суперкомпьютера, исключающий влияние человеческого фактора и связанных с этим ошибок.1. An automated process for assembling a supercomputer is ensured, eliminating the influence of the human factor and related errors.
2. Возникает возможность автоматического непрерывного изменения и самосовершенствования архитектуры суперкомпьютера применительно к решению сложных динамичных задач. Вся архитектура суперкомпьютера становится известной самому суперкомпьютеру до мельчайших деталей, поэтому возникает обратная связь программы с архитектурой своего суперкомпьютера. Это делает возможным осуществить процесс автоматической оптимизации архитектуры суперкомпьютера применительно к решению конкретных задач.2. There is the possibility of automatic continuous change and self-improvement of the architecture of the supercomputer with respect to solving complex dynamic problems. The entire architecture of the supercomputer becomes known to the supercomputer to the smallest detail, so there is a feedback of the program with the architecture of its supercomputer. This makes it possible to carry out a process of automatic optimization of the architecture of a supercomputer in relation to solving specific problems.
3. Возможен быстрый автоматический ремонт любой части суперкомпьютера без его остановки.3. A quick automatic repair of any part of the supercomputer without stopping it is possible.
Таким образом, включение манипуляторов и библиотек элементов в состав суперкомпьютеров придает им совершенно новые качества - делает такие суперкомпьютеры исключительно устойчивыми к внешним воздействиям, дает им возможность саморазвития, самосовершенствования и даже, в какой-то первичной степени, эволюции, когда они начнут разрабатывать новые микросхемы и другие элементы суперкомпьютеров сами для себя.Thus, the inclusion of manipulators and element libraries in supercomputers gives them completely new qualities - makes such supercomputers extremely resistant to external influences, gives them the opportunity to self-development, self-improvement and even, to some extent, evolution, when they begin to develop new microcircuits and other elements of supercomputers for themselves.
Применение предложенного изобретения позволяет решить следующие проблемы.The application of the proposed invention allows to solve the following problems.
1. Упрощается конструкция охлаждаемых плат для монтажа микросхем. Практически отпадает необходимость многослойной разводки плат. Упрощается система охлаждения кристаллов на охлаждаемой плате и повышается ее эффективность. Значительно повышается плотность монтажа микросхем на единицу площади охлаждаемой платы и на единицу объема суперкомпьютера.1. Simplified design of cooled boards for mounting microcircuits. Almost no need for multi-layer wiring boards. The crystal cooling system on the cooled board is simplified and its efficiency is increased. Significantly increases the density of the installation of microcircuits per unit area of the cooled board and per unit volume of the supercomputer.
Использование оптоволоконных соединений позволяет исключить корпусирование кристаллов и распайку контактных площадок на контактные площадки корпусов микросхем, а затем распайку корпусов охлаждаемой платы. Более того, новый способ соединений предполагает использование более простых способов монтажа кристаллов на плату и разработку новых типов охлаждаемых плат для монтажа микросхем. Принципиальное отличие новых охлаждаемых плат заключается в том, что на них не требуется осуществлять сложную многослойную разводку сигнальных шин, осуществляющих связи между кристаллами и микросхемами. Новые охлаждаемые платы должны обеспечивать только предельно плотный монтаж кристаллов, их эффективное охлаждение и подвод к ним питания. Это позволяет сделать охлаждаемые платы для микросхем с ИМКС совершенно не так, как делают платы для обычных микросхем сейчас.The use of fiber-optic connections eliminates the encasing of crystals and the wiring of the contact pads to the contact pads of the microcircuit cases, and then the wiring of the cases of the cooled board. Moreover, the new method of connections involves the use of simpler methods of mounting crystals on a board and the development of new types of cooled boards for mounting chips. The fundamental difference between the new cooled boards is that they do not require complex multilayer wiring of signal buses that provide communications between crystals and microcircuits. New cooled boards should provide only extremely tight mounting of crystals, their effective cooling and power supply to them. This makes it possible to make cooled boards for microcircuits with IMCs completely different from what motherboards for conventional microcircuits do now.
2. Возникает возможность создания и ликвидации любых типов связей между любыми элементами суперкомпьютера в процессе его работы. При этом количество межплатных и межстоечных связей может быть в сотни раз большим, чем это возможно с использованием других средств соединения микросхем.2. There is the possibility of creating and eliminating any types of connections between any elements of a supercomputer in the process of its operation. At the same time, the number of board to board and rack-to-rack communications can be hundreds of times greater than is possible using other means of connecting microcircuits.
3. Возникает возможность полностью автоматического самоформирования суперкомпьютеров с использованием манипуляторов и библиотек элементов.3. There is a possibility of fully automatic self-formation of supercomputers using manipulators and element libraries.
4. Возникает возможность саморазвития (эволюции!) суперкомпьютеров без участия человека. Суперкомпьютеру можно ставить задачу моделирования сложных систем путем прямого копирования с помощью ИМКС ее реальных физических связей, копируя функции структурных элементов этой системы путем программирования матриц ПЛИС. Если система будет иметь элементы программного и физического поощрения за успехи и систему правил для выявления и устранения конфликтов и ошибок, то на каком-то этапе она может начать саморазвиваться. Система сама начнет себя перестраивать и совершенствовать, все лучше и лучше выполняя поставленные перед ней задачи. Программа сможет влиять на архитектуру, а архитектура на программу! Такая связь таит в себе колоссальные возможности развития и самосовершенствования.4. There is a possibility of self-development (evolution!) Of supercomputers without human intervention. The supercomputer can be tasked with modeling complex systems by direct copying using IMKS of its real physical connections, copying the functions of the structural elements of this system by programming FPGA matrices. If the system will have elements of programmatic and physical incentives for success and a system of rules for identifying and eliminating conflicts and errors, then at some stage it may begin to self-develop. The system itself will begin to rebuild and improve itself, better and better fulfilling the tasks assigned to it. The program will be able to influence the architecture, and architecture on the program! Such a connection is fraught with enormous opportunities for development and self-improvement.
По всей вероятности, именно с помощью таких суперкомпьютеров человечеству удастся выполнить свою главную миссию - создание искусственного интеллекта, многократно превосходящего человеческий разум в творческих процессах создания изобретений и научных исследований.In all likelihood, it is with the help of such supercomputers that humanity will be able to fulfill its main mission - the creation of artificial intelligence, many times superior to the human mind in the creative processes of creating inventions and scientific research.
Обладая феноменальным интеллектом и колоссальной (по сравнению с человеческим мозгом) работоспособностью, таким суперкомпьютерам удастся решить все крупные проблемы нашей цивилизации - проблемы ядерной и космической безопасности, проблему глобального контроля над терроризмом, проблему дефицита энергии, проблему антигравитации и транспорта, проблему создания антивируса СПИДа и т.п.Possessing phenomenal intelligence and colossal (compared to the human brain) performance, such supercomputers will be able to solve all the major problems of our civilization - the problems of nuclear and space security, the problem of global control of terrorism, the problem of energy shortage, the problem of anti-gravity and transport, the problem of creating AIDS antivirus and etc.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104961/09A RU2367125C1 (en) | 2008-02-08 | 2008-02-08 | Cooled substrate and self-optimising supercomputer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104961/09A RU2367125C1 (en) | 2008-02-08 | 2008-02-08 | Cooled substrate and self-optimising supercomputer |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007108476/09A Division RU2350054C2 (en) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | Fibre-optic multicontact connection microchip |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2367125C1 true RU2367125C1 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41166763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008104961/09A RU2367125C1 (en) | 2008-02-08 | 2008-02-08 | Cooled substrate and self-optimising supercomputer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2367125C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461055C1 (en) * | 2011-07-13 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Квант" | Cluster system with direct channel switching |
-
2008
- 2008-02-08 RU RU2008104961/09A patent/RU2367125C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461055C1 (en) * | 2011-07-13 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Квант" | Cluster system with direct channel switching |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9917392B2 (en) | High density cabled midplanes and backplanes | |
| US10824360B2 (en) | Data connector with movable cover | |
| CN109314804B (en) | Techniques for optical communications in rack clusters | |
| US8934483B2 (en) | Data center switch | |
| EP3549350A1 (en) | Technolgies for millimeter wave rack interconnects | |
| CN105808499A (en) | CPU interconnection device and multichannel server CPU interconnection topological structure | |
| US20110262135A1 (en) | Method and apparatus for increasing overall aggregate capacity of a network | |
| US20200081208A1 (en) | Modular Faceplate Optical Connection | |
| EP3877862B1 (en) | Networking device with orthogonal switch bars | |
| US20120084476A1 (en) | Advanced telecommunications computing architecture exchange system, advanced telecommunications computing architecture exchange method, and communication apparatus | |
| RU2367125C1 (en) | Cooled substrate and self-optimising supercomputer | |
| RU2350054C2 (en) | Fibre-optic multicontact connection microchip | |
| Lane et al. | Gigabit optical interconnects for the connection machine | |
| Siokis et al. | Laying out interconnects on optical printed circuit boards | |
| US20230164944A1 (en) | Dual connect switch module | |
| US10674625B1 (en) | Rack sideplane for interconnecting devices | |
| Garao et al. | Modular architectures of multistage switching networks | |
| Siokis et al. | On-OPCB interconnection networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120307 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130610 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140307 |