ЖУРНАЛ СТА 3/2013

Электропитание подаётся в БВР-01 через разъём питания, находящийся на задней панели. Подаваемое напряже- ния преобразуется до требуемого номи- нала интегрированными в устройство DC/DC-конверторами собственной разработки. Обеспечивается рабочий ток более 100 А по номиналу 1 В на па- ру ПЛИС, что допускает использование в БВР-01 самых больших и энергоёмких кристаллов ПЛИС семейства Virtex-6. Структурная схема БВР-01 приведена на рис. 3. Для реализации PCI Express в БВР-01 предусмотрен коммутатор PEX8648, с по- мощью которого каждая из восьми ПЛИС связана друг с другом и с УК, что позволяет передавать данные по шине PCI Express Gen 2.0 с суммарной про- пускной способностью на уровне 20 Гбит/с. Внешний порт PCI Express позволяет каскадировать БВР-01 с ис- пользованием медных или оптических кабелей. Мониторинг, диагностика, контроль данных о напряжении и температуре кристаллов ПЛИС, управление питани- ем БВР-01 производятся с использова- нием специально для этого разработан- ного модуля диагностики (МД), кото- рый имеет отдельный сетевой выход Fast Ethernet и реализован с использо- ванием Web-интерфейса. Габаритные размеры БВР-01 состав- ляют 44 × 482 × 650 мм (В × Ш × Г), вес 25 кг. В целом БВР-01 представляет собой современный, легко масштабируемый вычислитель на базе реконфигурируе- мых элементов ПЛИС Xilinx Virtex-6 (LX240, LX365, LX550, SX315 или SX475) и с общим энергопотреблением менее 800 Вт. В основу его разработки положено объединение следующих составляю- щих: ● вычислительный элемент (ВЭ) – в качестве основного (минимального) ВЭ предлагается модуль XMC с уста- новленными на нём двумя ПЛИС Xi- linx (LX550 или SX475); ● управляющий компьютер – в каче- стве УК предлагается COM Express- модуль CPC1301; ● плата Extended ATX – плата-носитель с установленными на ней четырьмя ВЭ, УК, коммутатором PCI Express и системной ПЛИС; ● модуль диагностики – в качестве МД предлагается плата RDM, управляю- щая диагностируемыми параметрами БВР-01, в том числе напряжением и температурой, и имеющая в своём со- ставе сетевой выход Fast Ethernet. Блок вычислительный реконфигури- руемый (БВР-01) объединяет в себе 4 ВЭ, УК, плату-носитель, МД и яв- ляется базовым элементом построения кластера. В БВР-01 реализованы такие принципы, как: ● универсальность – возможность вы- полнения практически любых вычис- лительно-трудоёмких задач; ● масштабируемость – возможность формировать кластер из любого ко- личества таких блоков. З АКЛЮЧЕНИЕ Индустрия суперкомпьютеров за по- следние годы прошла огромный путь и нашла своё место в решении широкого круга задач. В то же время требования к современным вычислительным систе- мам всё возрастают и толкают произво- дителей, с одной стороны, к конструи- рованию узкоспециализированных ре- шений, ориентированных на конкрет- ные классы задач, а с другой – к поиску универсальных и наиболее эффектив- ных решений. Благодаря использованию уникаль- ных технических и программных реше- ний, а также высокоскоростных интер- фейсов передачи данных БВР-01 в пол- ной мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к современным уни- версальным высокопроизводительным вычислителям, позволяя создавать на своей основе ПЛИС-суперкомпьюте- ры, превосходящие по технико-эконо- мическим характеристикам ВВС с дру- гой архитектурой в сегменте рынка су- перЭВМ и предоставляя все основания для применения во встраиваемых си- стемах военного назначения, требую- щих высокоскоростной обработки сверхбольших объёмов информации. Этот вывод подтверждается успешны- ми результатами первых внедрений представленного в статье изделия. ● Л ИТЕРАТУРА 1. Волков Д. Реальность и фантазии // От- крытые системы. – 2006. – № 5. 2. Аладышев О.С., Дикарев Н.И., Овсянни- ков А.П., Телегин П.Н., Шабанов Б.М. СуперЭВМ: области применения и требо- вания к производительности // Известия высших учебных заведений. Электрони- ка. – 2004. – № 1. – С. 13–17. 3. Каляев А.В., Левин И.И. Модульно-нара- щиваемые многопроцессорные системы со структурно-процедурной организацией вычислений. – М. : Янус-К, 2003. – 380 с. 4. Virtex-6 Family Overview DS150 (v2.4). Ja- nuary 19, 2012 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.xilinx.com/ support/documentation/data_sheets/ ds150.pdf. Автор – сотрудник фирмы FASTWEL Телефон: (495) 234-0639 E-mail: info@fastwel.ru 72 СТА 3/2013 РАЗ РА БОТ КИ / Б Е ЗОПАСНОС Т Ь www.cta.ru Условные обозначения: CPLD – конфигурационная ПЛИС; XMC 0…3 – несущие платы; FPGA1 , FPGA2 – программируемые логические интегральные схемы. Рис. 3. Структурная схема БВР-01 FPGA1 SATA USB 2.0 VGA Индикация 1G Ethernet CPLD SPI 2 I 2 C 2 FPGA2 PCI-E x4 PCI-E x4 PCI-E x4 PCI-E x4 PCI-E x4 PCI-E x4 PCI-E x4 PCI-E x4 PCI_E CLK6 PCI_E CLK7 PCI_E CLK4 PCI_E REFCLK PCI_E CLK5 XMC2 FPGA1 CPLD SPI 3 I 2 C 3 FPGA2 XMC3 FPGA1 CPLD SPI 0 I 2 C 0 FPGA2 Буфер CLK PCI-E Коммутатор PCI-E 48 линий PCI-E x4 PCI-E x4 PCI_E CLK2 PCI_E CLK3 PCI_E CLK0 PCI_E CLK1 XMC0 FPGA1 CPLD SPI 1 PCI_E REFCLK PCI_E CLK0 ... JTAG DDR Флэш-память Ethernet SPI 0 SPI 3 ... ... PCI_E CLK7 I 2 C 0 I 2 C 3 I 2 C 1 I 2 C FPGA2 XMC1 PCI-E х8 или 2 × PCI-E x4 (PCI-E х8 или 2 × PCI-E x4) Управляющий компьютер Системная ПЛИС Рис. 2. Интерфейсные разъёмы на задней панели БВР-01 © СТА-ПРЕСС