専用計算機 Anton

自律的に動作するMD専用計算機。

GRAPE的な力のパイプラインを内蔵し、長距離力用の演算回路も別口で持っている。GRAPEのように全体全の完全なN²演算ではなく、対称性を考慮した力の計算をし、さらに距離計算を低精度でおこなうことで、必要な近接相互作用のみを計算する仕組みがはいっている。そのため超速い。SC2009のBest Paper Awardにノミネートされた。

• ​http://en.wikipedia.org/wiki/Anton_(computer)
• ​SC2009のTechnical Paper
• ​Millisecond-Scale Molecular Dynamics Simulation on Anton

SC2009では、Anton関連でもうひとつ、FFTを高速に実装した論文もacceptされている。

wikipediaからリンクされていた2本の論文を読んだ。

• ポイントは力の計算だけを速くできたとしても、アムダールの法則により他の部分が足を引っ張るため、高速化には限界がある。そこで、他の部分もASICで実行できるようにすることで、Nが小さくかつ長時間積分に特化した計算機を作るということ。
• ASIC 90nm (dieの大きさは不明)
• ASICの基本動作速度は400 MHzで、HTISのみ800 MHzの倍速動作らしい。
• HTIS(high-throughput interaction subsystem)というforce pipelineとflexible subsystemという部分からなる
• HTISは二体力とmeshへの密度あり当てと、meshからの力の補完を計算する
  • fixed point integer for a position
  • 8bit for distant used in NT method (threahold距離より遠い粒子をフィルタリングする)
  • 26bit for force pipeline
  • 32 force pipelines (PPIP) on a chip (cf. MD-GRAPE3 20 pipelines @ 350 MHz)
• flexible subsystemが残りの計算をすべて行う
  • FFTによる長距離力
  • 数値積分
  • bond force
  • 拘束条件の適用
  • カスタマイズされたTensilicaのcoreに4-vector SIMD演算器を2個(こちらは独自設計らしい)
  • correction pipelineはPPIPと等価
• 使い方は詳しく書いてないが、少なくともTensilicaのcoreとSIMD演算器のプログラムが必要だろう。
• 比較に使われているMD-GRAPE3の結果が遅すぎるような気もする。

• Antonと比べるとMD-GRAPE3のアプローチは、システム全体の総演算速度では圧倒的に大きいが、Nが小さい系(<10⁵くらい？よくわからない)をミリ秒くらい計算したいという用途には、有効ではないということになる。この様な計算は、1 stepあたり10¹⁰演算を10⁹ステップ計算する必要があるので、総演算量は10¹⁹演算となる。これはNが単純に大きい大規模計算より困難があって、それはたった10¹⁰演算ごとにglobalな同期が必要であるので、1 PFLOS(10¹⁵)の計算速度をもつような超並列計算機では効率があがらないため。