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SCI 期刊验证!苏黎世大学使用 ALINX FPGA 开发板实现分子动力学模拟新方案

09/22 14:47
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近日,苏黎世大学(University of Zurich)教授 Prof.Dr.Peter Hamm 在?SCI 期刊?The Journal of Chemical Physics?上发表论文《Toward an FPGA-based dedicated computer for molecular dynamics simulations》,详细介绍了一项利用?ALINX AX7201开发板?构建?高性能分子动力学(MD)专用计算机?的开创性研究。

研究证明,低成本 FPGA 集群能够有效应对计算化学领域长期存在的计算挑战,为科研人员提供了一种高性价比、高性能、高灵活性的分子动力学模拟新方案,让普通研究机构也能负担得起 MD 专用硬件,降低了科研门槛。

(使用?ALINX AX7201?构建高性能分子动力学专用计算机)

AX7021 应用场景

研究者通过 27 块 ALINX AX7201 开发板构建了一个 3x3x3 的 MD 集群,每一块开发板都作为 MD 集群中一个独立的计算节点,共同构建了可扩展的分子动力学模拟系统。

选择 ALINX AX7201 的主要原因在于其极高的性价比和强大的互联功能:

核心FPGA:AX7201 搭载了 AMD Artix7 系列 FPGA 芯片 XC7A200T。片上集成了 33650 个逻辑切片、730 个片上 RAM 以及 740 个乘法器,尽管芯片的资源只有高端 FPGA 的 1/20,但它们经过专门配置,能够为每个节点提供高达 220 GFLOPS 的定点运算能力。

成本优势:27 块中端 FPGA 开发板的总成本远低于单一 ASIC 方案,性能却与之媲美甚至超越。且 FPGA 还具有可编程特性,使开发和调试过程更加便捷、经济。

高速互联能力:ALINX AX7201 提供了关键的互联接口,包括?4 个 4Gb/s 光纤接口和?4 个 1Gb/s 以太网接口。其中,6 个接口(4 个光接口和 2 个以太网接口)被用于实现节点间的 3D 环形拓扑互联,以处理 MD 模拟中的周期性边界条件。这种高速互联方式使 MD 算法的核心计算能够完全卸载到 FPGA 集群中,避免了主机计算机在节点间数据传输中成为性能瓶颈。

AX7021 应用效果

模拟速度:在 3×3×3、共 27 个节点的配置下,使用 2fs 的时间步长,系统实现了约 2.5μs/day 的模拟速度,该速度超过了文献中提到的目前最先进的 GPU 集群性能。

实际应用能力:研究人员使用该 FPGA 集群成功进行了过冷 Lennard-Jones 液体的成核模拟。总计长达 1.9μs 的模拟仅耗时约一天 ,且模拟结果与经典理论高度吻合。这一实践案例证明,基于 ALINX AX7201 的 FPGA 集群不仅在理论速度上有所突破,更能够有效解决复杂的科学问题。

能效优势:该集群的功耗相对较低,每个节点的功耗约为 9W,一个 27 节点的集群总功耗约为 250W 。这种为特定计算任务量身定制的硬件,其能耗效率预计高于通用的 GPU 集群。

AMD

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AMD公司成立于1969年,总部位于美国加利福尼亚州桑尼维尔。AMD(NYSE: AMD)是一家创新的科技公司,致力于与客户及合作伙伴紧密合作,开发下一代面向商用、家用和游戏领域的计算和图形处理解决方案。

AMD公司成立于1969年,总部位于美国加利福尼亚州桑尼维尔。AMD(NYSE: AMD)是一家创新的科技公司,致力于与客户及合作伙伴紧密合作,开发下一代面向商用、家用和游戏领域的计算和图形处理解决方案。收起

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芯驿电子自 2012 年成立以来,旗下 AUMO 与 ALINX 两大品牌,在智能车载与 FPGA 行业解决方案领域持续深耕。 ALINX 聚焦 FPGA 解决方案高端产品市场,并积极参与 FPGA 国产化应用发展。至今已推出 100 多款 FPGA SoM 模组和配套板卡,基本完成对 AMD FPGA 产品、紫光同创 FPGA 产品的全系列覆盖,产品远销海外 40 多个国家。 AUMO 专注智能车载,为自动驾驶技术开发破题。至今已推出车载仿真测试系统、视频数据采集、视频数据旁路采集分流、视频数据注入、车载摄像头、车载后视镜等产品线,满足车企和汽车产业链的车载产品开发需求。

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