Введение

Компания, занимающаяся вычислениями, Quadrics была компанией, разрабатывающей суперкомпьютеры, основанной в 1996 году как совместное предприятие между Alenia Spazio и технической командой Meiko Scientific. Они производили аппаратное и программное обеспечение для объединения стандартных компьютерных систем в массивно-параллельные комплексы. Наивысшего расцвета компания достигла в июне 2003 года, когда шесть из десяти самых быстрых суперкомпьютеров в мире использовали межсоединения Quadrics. Компания официально прекратила свою деятельность 29 июня 2009 года.

История компании

Название Quadrics впервые было использовано в 1993 году для коммерческой версии параллельного компьютера APE100 SIMD, произведенного компанией Alenia Spazio и первоначально разработанного INFN, Итальянским национальным институтом ядерной физики. В 1996 году была создана новая дочерняя компания Alenia, Quadrics Supercomputers World (QSW), базирующаяся в Бристоле, Великобритания, и Риме, Италия, которая унаследовала линейку продуктов Quadrics SIMD и архитектуру суперкомпьютера Meiko CS 2 с массовым параллельным вычислением. В 2002 году название компании было сокращено до Quadrics. Изначально новая компания сосредоточилась на потенциале развития технологии межпроцессорного соединения CS 2. Их первым проектом стал сетевой ASIC Elan2, предназначенный для использования с процессором UltraSPARC, подключаемым к нему через системную шину Ultra Port Architecture (UPA). Планы по внедрению Elan2 были позже отменены, и вместо этого был представлен новый Elan3, реализованный на платформе PCI. К моменту выпуска Elan3 был переориентирован на рынок Alpha/PCI, после того как Quadrics установила партнерские отношения с Digital Equipment Corporation (DEC). Сочетание микропроцессоров Quadrics и Alpha 21264 (EV6) оказалось очень успешным, и Digital/Compaq быстро стала одним из крупнейших в мире поставщиков суперкомпьютеров. Это привело к созданию крупнейшей машины в США, 20 TFLOP ASCI Q, установленной в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 2002 и 2003 годах. Машина состояла из 2048 узлов AlphaServer SC (основанных на AlphaServer ES45), каждый из которых включал четыре микропроцессора Alpha 21264A (EV67) с частотой 1,25 ГГц и две линии сети Quadrics QsNet. К сожалению, эта система оказалась ненадежной и так и не была запущена в серийное производство. Quadrics также добилась успеха в продаже систем на базе Linux. Первая система Quadrics на базе Linux была установлена в июне/июле 2001 года в SHARCNET. На момент установки это была самая быстрая гражданская система в Канаде. Еще одной заметной системой Quadrics был самый быстрый в мире Linux-кластер под названием Thunder, установленный в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в 2003/2004 годах. Thunder состоял из 1024 серверов Intel Tiger Quad Itanium II Processor, обеспечивающих производительность 19,94 терафлопс на параллельном Linpack. Пиковая производительность системы составляла 22,9 терафлопс при эффективности 87%. В 2004 году компания Bull выбрала Quadrics для модернизации самого быстрого в Европе суперкомпьютера: TERA 10 во французском CEA, состоящего из 544 вычислительных узлов Bull NovaScale 6160, каждый из которых включал восемь процессоров Itanium 2. Глобальная конфигурация включала 8704 процессора с 27 терабайтами оперативной памяти. Каждый из этих вычислительных узлов содержал несколько сетевых адаптеров Quadrics QsNetII (Elan4), обеспечивающих производительность более 60 терафлопс (шестьдесят тысяч миллиардов операций в секунду). HP выбрала Quadrics для модернизации SHARCNET, канадского кластера кластеров, с помощью четырех новых высокопроизводительных вычислительных кластеров, которые увеличили пропускную способность сети с 1000 до 6000 процессоров. QsNetII использовался для кластеров, ориентированных на вычислительную мощность и производительность. В августе 2005 года Quadrics и STMicroelectronics подписали соглашение о разработке, охватывающее проектирование будущих поколений высокоскоростных многогигабитных межсоединений Quadrics и использование продуктов в широком спектре приложений. Это сотрудничество не принесло результатов, несмотря на перевод сотрудников STMicroelectronics из Бристоля в Quadrics. Решение о закрытии компании было принято в апреле 2009 года, несмотря на то, что разработка продукта следующего поколения QsNetIII была почти завершена. Поддержка устаревших продуктов и права на интеллектуальную собственность были переданы Vega UK Ltd (теперь Telespazio VEGA), а офисы Quadrics были закрыты 29 июня 2009 года. Многие технические специалисты Quadrics впоследствии нашли аналогичную работу в разработке сетевых продуктов для высокопроизводительных вычислений (HPC) в Gnodal, одной из многих компаний, занимающихся производством полупроводников без собственных производственных мощностей, базирующихся в Бристоле, Великобритания.

QsNet

QsNet — высокоскоростная сеть, разработанная компанией Quadrics, использовавшаяся в высокопроизводительных вычислительных кластерах, особенно в Linux Beowulf кластерах. Хотя она может использоваться с TCP/IP, как и SCI, Myrinet и InfiniBand, обычно она применяется с коммуникационным API, таким как Message Passing Interface (MPI) или SHMEM, вызываемым из параллельной программы. Сеть состоит из PCI-карты в каждом вычислительном узле и одного или нескольких специализированных коммутаторов (шасси). Они соединяются медными кабелями. Внутри шасси коммутатора расположены линейные карты, содержащие ASIC коммутатора Elite. Эти карты внутренне соединены, образуя топологию "жирного дерева". Как и другие сети, такие как Myrinet, очень большие системы можно строить, используя несколько шасси коммутаторов, организованных в виде корневых (верхнего уровня) и листовых (уровня узлов) коммутаторов. Такие системы назывались "федеративными сетями". QsNet была анонсирована в 1998 году и использовала карты PCI 66 64 с пользовательским ASIC "elan3". Они обеспечивали пропускную способность MPI около 350 МБ/с в одном направлении с задержкой 5 мкс.

QsNet II

QsNet II был четвертым и предпоследним поколением продуктов семейства межсоединений Quadrics, и был представлен в 2003 году. QsNetII подключался к хост-компьютеру через стандартную шину IO PCI X. Более поздние версии карты имели физические интерфейсы PCIe, однако они были подключены к PCI X через мост, что приводило к снижению производительности. Нативная версия PCIe так и не была разработана. Вместо этого ресурсы были сосредоточены на преемнике QsNetII – QsNetIII, который, хотя и был завершен, так и не поступил в коммерческую продажу. Архитектура сетевого интерфейса была разработана для полной перекладки задачи межпроцессорного взаимодействия на основной процессор и для избежания накладных расходов на системные вызовы при обмене сообщениями между пользовательскими процессами. QsNetII предназначен для использования в SMP-системах – несколько одновременных процессов могут использовать сетевой интерфейс без накладных расходов на переключение задач. Процессор ввода-вывода освобождает центральный процессор от обработки протоколов. Локальная память на PCI-карте обеспечивает хранение буферов, таблиц трансляции и кода адаптера ввода-вывода. Вся пропускная способность PCI доступна для передачи данных. Базовая конструкция QsNetII основана на двух ASIC: Elan4 и Elite4. Elan4 – это коммуникационный процессор, формирующий интерфейс между высокопроизводительной многоступенчатой сетью и вычислительным узлом с одним или несколькими процессорами. Elite4 – это коммутационный компонент, способный коммутировать восемь двунаправленных каналов связи, каждый из которых передает данные в обоих направлениях одновременно со скоростью 1,3 ГБ/с. Межсоединение Quadrics QsNetII, как и его предшественник QsNet, использует топологию «жирного дерева». QsNetII масштабируется до 4096 узлов, каждый из которых может иметь несколько процессоров, что позволяет создавать системы с более чем 10 000 процессоров. В системе могут использоваться несколько параллельных сетей QsNet для поддержания соотношения вычислительной мощности к пропускной способности сети, особенно при использовании SMP-узлов с большим количеством процессоров. Топология «жирного дерева» отличается высокой устойчивостью благодаря большому количеству резервирования на верхних уровнях коммутаторов. Производительность зависит от используемой платформы и конфигурации системы: задержка QsNetII MPI на стандартном AMD Opteron начинается с 1,22 мкс, а пропускная способность на Intel Xeon Intel 64 составляет 912 МБ/с. В 2004 году Quadrics начала выпуск небольших и средних конфигураций автономных коммутаторов QsNetII E Series, которые варьируются от 8-портовых до 128-портовых систем.

QsTenG

В ноябре 2005 года Quadrics объявила о новом продукте на базе 10 Gigabit Ethernet (10 GigE) под названием QsTenG. Первый коммутатор QsTenG представлял собой 8U шасси с 12 слотами для 10 GigE линейных карт, обеспечивая в общей сложности 96 портов. Каждая линейная карта имела восемь портов 10 GigE, подключаемых с помощью разъемов 10GBASE CX4. Кроме того, каждая линейная карта оснащалась четырьмя внутренними портами для соединения линейных карт в топологию типа fat tree. Впоследствии Quadrics представила второе поколение 10 GigE коммутаторов, начав с компактного 1U коммутатора с 24 портами, доступного в двух вариантах: TG201 CA с 24 портами CX4 и TG201 XA, обеспечивающего в общей сложности 24 порта, 12 XSP и 12 CX4. В 2009 году планировался выпуск серии более крупных коммутаторов, для которых предполагалось использовать то же шасси, что и у QsNetIII, а сам коммутатор должен был называться TG215. Однако, в конце 2007 года руководство Quadrics приняло решение прекратить разработку QsTenG Ethernet и сосредоточить усилия на продуктовой линейке QsNet. Это привело к уходу группы сотрудников, которые впоследствии помогли основать компанию Gnodal для разработки масштабируемых Ethernet-систем.