Развитие отечественных многокристальных реконфигурируемых вычислительных систем: от воздушного к жидкостному охлаждению
Ключевые слова:
реконфигурируемые вычислительные системы, ПЛИС, энергоэффективность, жидкостное охлаждение, промышленные чиллерыАннотация
В статье рассматривается история развития технологий построения ре-конфигурируемых вычислительных систем на основе кристаллов ПЛИС различных семейств. Описано пять поколений реконфигурируемых вычислительных систем с высокой плотностью компоновки, созданных на основе ПЛИС, начиная с Xilinx Virtex-E и заканчивая современными ПЛИС Virtex UltraScale. Представлены последние достижения в области проектирования энергоэффективных реконфигурируемых вычислительных систем с высокой реальной производительностью – разработанная система жидкостного охлаждения для кристаллов Virtex UltraScale, которая обеспечивает автономную циркуляцию охлаждающей жидкости в вычислительном модуле с размерами 3U на 19" для охлаждения 96-128 кристаллов ПЛИС с выделяемой суммарной тепловой мощностью 9,6-12,8 кВт. Отличительными характеристиками разработанной погружной системы жидкостного охлаждения являются высокая эффективность охлаждения с резервом мощности для проектируемых перспективных семейств ПЛИС, нечувствительностью к протечкам и их последствиям и совместимость с традиционными системами водяного охлаждения на базе промышленных чиллеров.Литература
1. Kalyaev I.A., Levin I.I., Semernikov E.A., Shmoilov V.I. Reconfigurable multipipeline computing structures // New York: Nova Science Publishers. USA. 2012. 330 p.
2. Carter W.S. The evolution of programmable logic // VLSI Circuits. Digest of Technical Papers. 1991 Symposium on IEEE. 1991. pp. 43–46.
3. Wilson R. In the Beginning. URL: https://www.altera.com/solutions/technology/system-design/articles/_2013/in-the-beginning.html (дата обращения: 04.04.2016).
4. Chartrand L. Advanced Digital Systems: Experiments and Concepts with CPLDs // Cengage Learning. 2005. 268 p.
5. Power Methodology Guide. UG786 (v14.5). 2013. 54 р. URL: http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx13_1/ug786_PowerMethodology.pdf (дата обращения 04.04.2016).
6. User guide Microsemi. 158 р. URL: http://www.actel.ru/files/uploads/No-vosti/Download/Libero_UG_rus.pdf (дата обращения 04.04.2016).
7. Barkalov A., Titarenko L. Evolution of programmable logic // Logic Synthesis for FSM-Based Control Units. Springer Berlin Heidelberg. 2009. LNEE 53. pp. 53–75.
8. Hutton M. Architecture and CAD for FPGAs // Proceedings of the 17th Symposium on Integrated Cicuits and Systems Design (SBCCI2004). 2004. pp. 3.
9. Kuon I., Tessier R., Rose J. FPGA Architecture: Survey and Challenges // Foundations and Trends in Electronic Design Automation. 2008. vol. 2. no. 2. pp. 135–253.
10. Levin I.I., Dordopulo A.I., Doronchenko Y.I., Raskladkin M.K. Reconfigurable computer system on the base of Virtex UltraScale FPGAs with liquid cooling // Proceedings of international scientific conference “Parallel computer technologies” (PaCT’2016). 2016. pp. 221–230.
11. Kalyaev I.A., Levin I.I., Dordopulo A.I., Slasten L.M. Reconfigurable Computer Systems Based on Virtex-6 and Virtex-7 FPGAs // IFAC Proceedings Volumes. 2013. vol. 12. no. 1. pp. 210–214.
12. Li L., Zheng W., Wang X., Wang X. Data center power minimization with placement optimization of liquid-cooled servers and free air cooling // Sustainable Computing: Informatics and Systems. 2016. vol. 11. no. 1. pp. 3–15.
13. Sun L. et al. Corrosion investigation of the inlet section of REAC pipes in the refinery // Engineering Failure Analysis. 2016. vol. 66. no. 1. pp. 468–478.
14. Абрамов С.М. и др. Суперкомпьютеры ряда 4 семейства "СКИФ": Штурм вершины суперкомпьютерных технологий // Вестник Нижегородского университета им. Н.Н. Лобачевского. 2009. № 5. С. 200–210.
15. Левшин И., Орлов Д., Суомин А., Челищев А.. Нe революция, нo пeрeвoрoт // M.: Суперкомпьютеры. 2012. № 2(10). C. 6–21. URL: http://admin.clus-ter.sfu-kras.ru/data/uploads/2015/02/12/ Supercomputers_10-2012.pdf. (дата обращения: 04.04.2016).
16. Новое суперкомпьютерное решение «T-Платформы». A-Класс. Пресс-релиз от 25.06.2014. URL: https://www.pcweek.ru/infrastruc-ture/news-company/detail_print.php?ID=164557&print=Y. (дата обращения 04.04.2016).
17. Shah J.M., Eiland R., Siddarth, A. Agonafer D. Effects of mineral oil immersion cooling on IT equipment reliability and reliability enhancements to data center operations // Proceedings of the 15th InterSociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm 2016). 2016. pp. 316–325.
18. Gess J.L., Bhavnani S.H., Johnson R.W. Experimental Investigation of a Direct Liquid Immersion Cooled Prototype for High Performance Electronic Systems // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2015. vol. 5. no. 10. рр. 1451–1464.
19. Gess J., Dreher T., Bhavnani S., Johnson W. Effect of flow guide integration on the thermal performance of high performance liquid cooled immersion server modules // ASME 2015 International Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Microsystems collocated with the ASME 2015 13th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. American Society of Mechanical Engineers. 2015. pp. V001T09A047–V001T09A047.
2. Carter W.S. The evolution of programmable logic // VLSI Circuits. Digest of Technical Papers. 1991 Symposium on IEEE. 1991. pp. 43–46.
3. Wilson R. In the Beginning. URL: https://www.altera.com/solutions/technology/system-design/articles/_2013/in-the-beginning.html (дата обращения: 04.04.2016).
4. Chartrand L. Advanced Digital Systems: Experiments and Concepts with CPLDs // Cengage Learning. 2005. 268 p.
5. Power Methodology Guide. UG786 (v14.5). 2013. 54 р. URL: http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx13_1/ug786_PowerMethodology.pdf (дата обращения 04.04.2016).
6. User guide Microsemi. 158 р. URL: http://www.actel.ru/files/uploads/No-vosti/Download/Libero_UG_rus.pdf (дата обращения 04.04.2016).
7. Barkalov A., Titarenko L. Evolution of programmable logic // Logic Synthesis for FSM-Based Control Units. Springer Berlin Heidelberg. 2009. LNEE 53. pp. 53–75.
8. Hutton M. Architecture and CAD for FPGAs // Proceedings of the 17th Symposium on Integrated Cicuits and Systems Design (SBCCI2004). 2004. pp. 3.
9. Kuon I., Tessier R., Rose J. FPGA Architecture: Survey and Challenges // Foundations and Trends in Electronic Design Automation. 2008. vol. 2. no. 2. pp. 135–253.
10. Levin I.I., Dordopulo A.I., Doronchenko Y.I., Raskladkin M.K. Reconfigurable computer system on the base of Virtex UltraScale FPGAs with liquid cooling // Proceedings of international scientific conference “Parallel computer technologies” (PaCT’2016). 2016. pp. 221–230.
11. Kalyaev I.A., Levin I.I., Dordopulo A.I., Slasten L.M. Reconfigurable Computer Systems Based on Virtex-6 and Virtex-7 FPGAs // IFAC Proceedings Volumes. 2013. vol. 12. no. 1. pp. 210–214.
12. Li L., Zheng W., Wang X., Wang X. Data center power minimization with placement optimization of liquid-cooled servers and free air cooling // Sustainable Computing: Informatics and Systems. 2016. vol. 11. no. 1. pp. 3–15.
13. Sun L. et al. Corrosion investigation of the inlet section of REAC pipes in the refinery // Engineering Failure Analysis. 2016. vol. 66. no. 1. pp. 468–478.
14. Абрамов С.М. и др. Суперкомпьютеры ряда 4 семейства "СКИФ": Штурм вершины суперкомпьютерных технологий // Вестник Нижегородского университета им. Н.Н. Лобачевского. 2009. № 5. С. 200–210.
15. Левшин И., Орлов Д., Суомин А., Челищев А.. Нe революция, нo пeрeвoрoт // M.: Суперкомпьютеры. 2012. № 2(10). C. 6–21. URL: http://admin.clus-ter.sfu-kras.ru/data/uploads/2015/02/12/ Supercomputers_10-2012.pdf. (дата обращения: 04.04.2016).
16. Новое суперкомпьютерное решение «T-Платформы». A-Класс. Пресс-релиз от 25.06.2014. URL: https://www.pcweek.ru/infrastruc-ture/news-company/detail_print.php?ID=164557&print=Y. (дата обращения 04.04.2016).
17. Shah J.M., Eiland R., Siddarth, A. Agonafer D. Effects of mineral oil immersion cooling on IT equipment reliability and reliability enhancements to data center operations // Proceedings of the 15th InterSociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm 2016). 2016. pp. 316–325.
18. Gess J.L., Bhavnani S.H., Johnson R.W. Experimental Investigation of a Direct Liquid Immersion Cooled Prototype for High Performance Electronic Systems // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2015. vol. 5. no. 10. рр. 1451–1464.
19. Gess J., Dreher T., Bhavnani S., Johnson W. Effect of flow guide integration on the thermal performance of high performance liquid cooled immersion server modules // ASME 2015 International Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Microsystems collocated with the ASME 2015 13th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. American Society of Mechanical Engineers. 2015. pp. V001T09A047–V001T09A047.
Опубликован
2017-02-02
Как цитировать
Каляев, И. А., Дордопуло, А. И., Левин, И. И., & Федоров, А. М. (2017). Развитие отечественных многокристальных реконфигурируемых вычислительных систем: от воздушного к жидкостному охлаждению. Труды СПИИРАН, 1(50), 5-31. https://doi.org/10.15622/sp.50.1
Раздел
Средства вычислительной техники и систем управления
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
