Sprzętowa implementacja funkcji orbitalnej na potrzeby obliczeń kwantowo-chemicznych

• Autorzy: Wielgosz M. , Jamro E. , Russek P. , Wiatr K.

Warianty tytułu

EN

Hardware implementation of the atom orbital calculation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule przedstawione zostały wyniki implementacji modułu obliczającego wartość orbitalu atomowego w punkcie. Moduł ten stanowił cześć składową jednostki generującej wartość potencjału korelacyjno-wymiennego, wykorzystywaną w obliczeniach kwantowo-chemicznych. Prezentowana jednostka składa się z potokowych bloków zmiennoprzecinkowych. W pracy zaprezentowano również wyniki akceleracji obliczeń względem procesora ogólnego przeznaczenia Itanium2 1.6 GHz.

EN

The paper presents FPGA acceleration and implementation results of the orbital function calculation employed in quantum-chemistry. The orbital function core is composed of the authors' customized floating-point hardware modules. These modules are scalable from single to double precision, capable of working at frequency ranging from 100 to 200 MHz. Besides hardware implementation, the design process also involved reformulation of the algorithm in order to adapt them to the platform profile. The computational procedure presented in this paper is part of the algorithm for generating exchange-correlation potential, and is also recognized as one of the most computationally intensive routines. This feature justifies the effort devoted to develop its hardware implementation. The precision of floating-point operations becomes a primary concern when dealing with low-level quantum chemistry procedures, thus the authors have taken various measures to optimize them, both in terms of resource consumption and processing speed.

Słowa kluczowe

PL

akceleracja sprzętowa; komputery dużej mocy (HPC); FPGA; obliczenia zmiennoprzecinkowe; funkcja exp()

EN

High Performance Reconfigurable Computing; FPGA; quantum chemistry; custom computing; HPC

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 7
• Strony: 705--707
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Wielgosz M.

autor

Jamro E.

autor

Russek P.

autor

Wiatr K.

• ACK CYFRONET AGH, ul. Nawojki 11, 30-950 Kraków,

Bibliografia

• [1] de Dinechin F., Detrey J., Cret O., Tudoran R.: When FPGAs are better at floating-point than microprocessors, Proceedings of the 16th international ACM/SIGDA Symposium on Field Programmable Gate Arrays (Monterey, California, USA, February 24-26, 2008). FPGA’08. ACM, New York, NY, 260-260.
• [2] Silicon Graphics, Inc. Reconfigurable Application-Specific Computing User’s Guide, Ver. 005, January 2007, SGI.
• [3] Koch W., Holthausen M.: A Chemist’s Guide to Density Functional Theory, Wiley-VCH; 2 edition (Aug 21 2001).
• [4] Wielgosz M., Jamro E., Wiatr K.: Highly E_cient Structure of 64-Bit Exponential Function Implemented in FPGAs, ARC 2008, Lecture notes in Springer-Verlag, London LNCS 4943, pp. 274-279.
• [5] Omondi A. R.: Computer Arithmetic Systems: Algorithms, Architecture and Implementation, Prentice-Hall International, 1994.