Investigation of hadron matter using lattice QCD and implementation of lattice QCD applications on heterogeneous multicore acceleration processors

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Ort der Veröffentlichung:	University of Regensburg
Schriftenreihe der Universität Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Band:	23
Seitenanzahl:	324
Datum:	20 März 2012
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Andreas Schaefer und Prof. Dr. Dirk Pleiter und Prof. Dr. Thomas Niehaus und Prof. Dr. Rupert Huber
Tag der Prüfung:	7 Juli 2011
Institutionen:	Physik > Institut für Theoretische Physik > Lehrstuhl Professor Schäfer > Arbeitsgruppe Andreas Schäfer
Stichwörter / Keywords:	Lattice QCD, particle physics, hadron structure, QDP, chroma, heterogeneous multicore computing, HPC, cell processor, expression templates, active libraries
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	22098

Zusammenfassung (Englisch)

Observables relevant for the understanding of the structure of baryons were determined by means of Monte Carlo simulations of Lattice Quantum Chromodynamics (QCD) using 2+1 dynamical quark flavours. Especial emphasis was placed on how these observables change when flavour symmetry is broken in comparison to choosing equal masses for the two light and the strange quark. The first two moments of ...

Zusammenfassung (Englisch)

Observables relevant for the understanding of the structure of baryons
were determined by means of Monte Carlo simulations of Lattice Quantum
Chromodynamics (QCD) using 2+1 dynamical quark flavours. Especial
emphasis was placed on how these observables change when flavour
symmetry is broken in comparison to choosing equal masses for the two
light and the strange quark. The first two moments of unpolarised,
longitudinally, and transversely polarised parton distribution
functions were calculated for the nucleon and hyperons. The latter are
baryons which comprise a strange quark.

Lattice QCD simulations tend to be extremely expensive, reaching the
need for petaflop computing and beyond, a regime of computing power we
just reach today. Heterogeneous multicore computing is getting
increasingly important in high performance scientific computing. The
strategy of deploying multiple types of processing elements within a
single workflow, and allowing each to perform the tasks to which it is
best suited is likely to be part of the roadmap to exascale. In this
work new design concepts were developed for an active library (QDP++)
harnessing the compute power of a heterogeneous multicore processor
(IBM PowerXCell 8i processor). Not only a proof-of-concept is given
furthermore it was possible to run a QDP++ based physics application
(Chroma) achieving a reasonable performance on the IBM BladeCenter QS22.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Die für das Verständnis der Struktur von Baryonen relevanten Observablen wurden mittels Monte-Carlo-Simulationen bestimmt, wobei 2+1 dynamische Quarks verwendet wurden. Dabei wurde insbesondere untersucht, wie sich diese Observablen ändern, wenn die Flavour-Symmetrie gestört wird im Vergleich zum Fall, wo die Massen der beiden leichten Quarks sowie des schweren Quarks gleich gewählt werden. Es ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Die für das Verständnis der Struktur von Baryonen relevanten
Observablen wurden mittels Monte-Carlo-Simulationen bestimmt, wobei
2+1 dynamische Quarks verwendet wurden. Dabei wurde insbesondere
untersucht, wie sich diese Observablen ändern, wenn die
Flavour-Symmetrie gestört wird im Vergleich zum Fall, wo die Massen
der beiden leichten Quarks sowie des schweren Quarks gleich gewählt
werden. Es wurden die ersten beiden Momente der unpolarisierten,
longitudinal sowie transversal polarisierten Parton
Distributionsfunktionen von Nukleonen und Hyperonen berechnet.
Letztere sind Baryonen mit Strangequark Inhalt.

Gitter QCD Simulationen neigen dazu, extrem teuer zu sein. Dabei
reicht die benötigte Rechenleistung bis Peta-Flop Rechner und
darüber hinaus -- ein Leistungsbereich der erst jetzt erschlossen
wird. Heterogenes Mehrkernrechnen wird zunehmend bedeutsamer im
wissenschaftlichen Umfeld des Hoch- und Höchstleistungsrechnens.
Die Strategie, verschiedene Typen von Rechenelementen in einen einzigen
Arbeitsfluss zu integrieren bei gleichzeitiger optimaler Zuordnung der
einzelnen Arbeitsschritte zu Rechenelementen wird sicherlich Teil des
erfolgreichen Wegs zu Exascale sein. In dieser Arbeit wurden neue
Designelemente für aktive Bibliotheken (QDP++) unter Ausnutzung der
Rechenleistung heterogener Mehrkern-Prozessoren (IBM PowerXCell
8i Prozessor) entwickelt. Nicht nur wurde eine Machbarkeitsstudie
unternommen, vielmehr war es möglich eine Physik-Anwendung (Chroma)
mit vernünftiger Performance auf einem IBM BladeCenter QS22
auszuführen.

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