Superkompiuteriai
5 (100%) 1 vote

Superkompiuteriai

SUPERKOMPIUTERIAI

Turinys

ĮVADAS 3

1. KAS TAI SUPЕRESM? 4

2. ŠIUOLAIKINIŲ SUPERESM ARCHITEKTŪRA 6

2.1. Vektoriniai superkompiuteriai [SIND] 7

2.2. Daugiaprocesoriniai vektoriniai superkompiuteriai [MIMD] 9

2.3. [MIMD] Klasteriai 9

2.4. МРР – sistemos [MIMD] 10

3. DAUGIAPROCESORINIAI SMP – SERVERIAI SU RISC ARCHITEKTŪROS MIKROPROCESORIAIS 13

4. SUPERESM NAŠUMO ĮVERTINIMAI 15

5. SUPERKOMPIUTERIŲ PANAUDOJIMO SRITYS 17

APIBENDRINIMAS 21

NAUDOTA LITERATŪRA 22

Įvadas

Dialektinė kompiuterinių technologijų vystymosi spiralė apsuko dar vieną savo vingį – šiandien, kaip ir prieš dešimt metų, vėl madingomis tapo superkompiuterinės architektūros. Be abejo, tai daugiau nebe tie monstrai, kuriuos prisimena veteranai – naujos technologijos ir reikli kompiuterių panaudojimo komercijoje rinka iš pagrindų pakeitė šiuolaikinio kompiuterio išvaizdą. Šiuolaikinis superkompiuteris – tai ne didelės spintos su unikalia technologija, aplink kurią buria magai-informatikai, o visiškai kompaktiškos sistemos su puikiai įdiegta aprūpinimo sistema, tinkančia dirbti su kitų tipų kompiuteriais. Šio darbo tikslas – apžvelgti šiuolaikines superESM1 bei jų ateities perspektyvas. Darbe bus aptartos pagrindinės superkompiuterių panaudojimo galimybės ir išanalizuotos skirtingų architektūros tipų ypatybės, būdingos šiuolaikiniams superkompiuteriams.

1. Kas tai supеrESM?

Oksfordo skaičiavimo technikos žodynas, išleistas beveik prieš dvidešimt metų, 1986 m., teigia, kad superkompiuteriai – tai labai galingos ESM, kurių darbo našumas didesnis nei 10 MFLOPS (milijonai slankiojo kablelio operacijų per sekundę). Šiuo metu šį rezultatą jau gali pasiekti ne tik darbo stotys, bet ir masiškai gaminamas PK. 90-tųjų pradžioje buvo pasiekta 300 MFLOPS darbo sparta. Šiais metais, remiantis spaudoje pateiktais duomenimis, specialistai dviejų pirmaujančių „superkompiuterinių“ šalių – JAV ir Japonijos – susitarė pakelti gardelę iki 5 GFLOPS. Tačiau toks superkompiuterių išskyrimas nelabai teisingas. Akivaizdu, kad kiekvienas, nors ką nors išmanantis apie kompiuterius, dviejų procesorių kompiuterį Cray C90 gali pavadinti superESM, nors jo darbo galingumas mažesnis nei 2 GFLOPS. Su šiuo klausimu glaudžiai susiję apribojimai dėl didelio našumo skaičiavimo technikos tiekimo kitoms šalims. Kompiuteriai su darbo sparta didesne nei 10 000 mln. teoriškų operacijų per sekundę yra laikomi superkompiuteriais.

Būtų tikslinga išvardinti pagrindinius bruožus, charakterizuojančius superESM, tarp kurių be aukšto galingumo reikėtų išskirti:

· patį naujausią technologinį lygį (pvz.: GaAs technologijas2);

· specifiškus architektūros pakeitimus, susijusius su spartos padidinimu (pvz.: operacijų skaičius vektoriuose);

· kainą, kuri dažniausiai būna 1-2 mln. dolerių.

Superkompiuterių telekonferencijoje USENET dėl greito RISC3-mikroprocesorių tecnologijų vystymosi ir vis didėjančio jų gaminimo buvo užduotas toks klausimas: „Kada darbo stotis virs superkompiuteriu?“ Buvo gautas toks atsakymas: „Kada ji kainuos daugiau nei 1 mln. dolerių.“ Galima pridurti, kad kompiuteris Cray-1 savo laiku kainavo apie 8 mln. dolerių, o šiais metais paskelbta, kad superkompiuteris Сгау Т90, turintis daug didesnę darbo spartą, kainuoja – nuo 25 iki 35 mln. dolerių, o superkompiuterių MPP4-sistemos projekto sukūrimas laboratorijoje Sandia JAV Energetikos Ministerijai kainavo 46 mln. dolerių.

Be to, yra tokių kompiuterių, kurie turi visus čia išvardintus bruožus, charakterizuojančius superESM, išskyrus kainą, kuri jų atveju yra nuo kelių šimtų iki 2 mln. dolerių. Tai mini-superESM, turinčios didelį darbo našumą ir jas pralenkia tik didelės superESM. Mini-superESM turi daug geresnį kainos ir gamybos santykį ir daug žemesnes eksplotacines išlaidas: šaldymo sistemą, elektros maitinimą, reikiamos vietos dydį ir t. t. Šie kompiuteriai orientuoti į mažesnius skaičiavimo centrus – fakulteto, o ne viso universiteto ar organizacijos mastu. Pavyzdžiai tokių kompiuterių gali būti ESM – Cray J90, Convex C38XX. Prie jų galima priskirti tokias superkmpiuterių sistemas su RISC mikroprocesoriais, kaip pavyzdžiui IBM SP2, SGI POWER CHALLENGE, DEC AlphaServer 8200/8400 ir kitos.

Mini-superkompiuterio architektūra nėra ypatinga todėl toliau nebus nagrinėjama.2. Šiuolaikinių superESM architektūra

Šiame skyriuje bus apžvelgtos tik tos superkompiuterių architektūros, kurios yra plačiai paplitusios šiandieną ir pateiksime klasikinę Flinn’o superkompiuterių klasifikaciją. Pagal šią sistemą superkompiuteriai yra skirstomi į keturias klases pagal komandų ir duomenų srautų skaičių [3].

Pav.1 Flinn’o superkompiuterių klasifikacija

Pirmai klasei (John von Neuman architektūra) priklauso paprastos skaliarinės vienprocesorinės sistemos: vienas komandų srautas – vienas duomenų srautas (SISD). Personalinis kompiuteris turi SISD architektūrą, nepriklausomai nuo to ar naudojami PK konvėjariai, greitinantys operacijų vykdymą.

Antroji klasė charakterizuojama vienu komandų srautu, bet dideliu duomenų srautų skaičiumi (SIMD). Šiam architektūros stiliui priklauso vienprocesoriniai vektoriniai, o tiksliau sakant, vektoriniai-konvėjariniai superkompiuteriai, pvz.: Cray-1. Šiai
klasei būdingas vienas (vektorinių) komandų srautas su daugeliu duomenų srautais – kiekvienas vektoriaus elementas įeina į atskirą duomenų srautą. Šios klasės skaičiavimo sisemoms priklauso matriciniai procesoriai, pvz.: ILLIAC-IV. Jie taip pat turi vektorines komandas ir vektorinį apdorojimą, tačiau ne su konvėjariais, kaip vektoriniai superkompiuteriai, o su matriciniais procesoriais.

Trečiai klasei – MIMD – priklauso sistemos, turinčios daug tiek komandų, tiek duomenų srautų. Jai priklauso ne tik daugiaprocesorinės vektorinės superESM, bet ir apskritai visi daugiaprocesoriniai kompiuteriai. Dauguma šiuolaikinių superESM turi MIMD architektūrą.

Ketvirtoji klasė Flino klasifikacijoje, MISD, neturi didelės reikšmės mūsų analizuojamiems kompiuteriams. Šiuo metu literatūroje dažnai naudojamas SPMD terminas (viena programa – daug duomenų), kuris nepriklauso kompiuterio architektūrai, o yra tik modelis lygiagrečiai dirbančių programų, todėl nėra įtrauktas į Flinn’o klasifikaciją. SPMD dažniausiai priklauso MPP (t. y. MIMD) – sistemoms ir reiškia, kad keletas programų kopijų yra vykdoma lygiagrečiai skirtinguose procesoriniuose mazguose su skirtingais duomenimis.

Įdomu būtų paminėti visai kitokią kompiuterių architektūros vystymosi kryptį – mašininį duomenų srautą. 1980 m. viduryje daugelis mokslininkų manė, kad didelio našumo ESM ateitis yra susijusi būtent su kompiuteriais, kurie būtų valdomi duomenų srautais, skirtingai nei anksčiau mūsų išvardintos skaičiavimo sistemų klasės, valdomos komandų srautais. Duomenų srautų mašinose vienu metu gali būti vydomos keletas komandų, kurioms yra skirti operandai. Nors tokios architektūros ESM dabar nėra gaminamos, tačiau vektoriniai elementai rado savo atspindį šiuolaikiniuose superskaliariniuose mikroprocesoriuose, turinčiuose daug lygiagrečiai dirbančių funkcinių prietaisų ir buferinių komandų, laukiančių operandų pasiruošimo dirbti. Kaip pavyzdį tokio mikroprocesoriaus galima pateikti HP РА-8000 ir Intel Pentium Pro.

Nors superESM architektūros nagrinėjimą remiantis Flinn’o klasifikacija derėtų pradėti nagrinėti nuo SISD klasės, tačiau visos vektorinės-konvėjarinės (toliau – tiesiog vektorinės) superESM turi “ne mažesnę” kaip SIMD architektūrą. Kalbant apie superkompiuterių serverius, naudojančius šiuolaikinius didelio našumo mikroprocesorius, tokius kaip SGI POWER CHALLENGE R8000 arba DEC AlphaServer 8200/8400 Alpha 21164, tai jų minimalios konfigūracijos būna vienprocesorinės. Nenagrinėjant šių mikroprocesorių architektūros, reikėtų išanalizuoti daugiaprocesorinės konfigūracijos serverių architektūros ypatybes, todėl superkompiuterių architektūra pradedama nagrinėti nuo SIMD klasės.

2.1. Vektoriniai superkompiuteriai [SIND]

Tarp šiuolaikinių superESM šią architektūrą turi vienprocesoriniai vektoriniai superkompiuteriai. Praktiškai visi ji yra išleidžiami multiprocesorinėse konfigūracijose, priklausančių MIMD klasei. Tačiau dauguma vektorinių superESM architektūros ypatybių galima suprasti nagrinėjant netgi vienprocesorines sistemas.

Tipišką vienprocesorinio vektorinio superkompiuterio schemą pateikia japonų firmos Fijitsu FACOM VP-200 pavyzdys. Panašią architektūrą turi ir kiti vektoriniai supekompiuteriai, pvz.:firmų Cray Research ir Convex. Bendras visiems vektoriniams kompiuteriams yra skaičius vektorinių operacijų komandų sistemoje. Tokiuose kompiuteriuose operacijos su vektoriais dažniausiai atliekamos su vektoriniais registrais, kas visai nėra būtina. Registrų skaičius leidžia atlikti vektorines komandas ne su visais vektorių elementais, o tik su tais, kurie yra nurodomi. Be abejo, skirtinguose kompiuteriuose vektorinės architektūros panaudojimas remiasi savosiomis šios bendros schemos modifikacijomis. Taip, pavyzdžiui, skaičiavimo sistemose kompanijos Fujitsu serijos VP įgyvendinta galimybė konfigūruoti vektorinius registrus – galima, pavyzdžiui, padidinti ilgį vektorinių registrų tuo pat metu proporciškai mažinant jų skaičių. Nuo Cray-1 laikų daugelis vektorinių kompiuterių, taip pat ir firmos Fujitsu ESM serijos VP ir serijos S kompanijos Hitach, turi svarbią vektorinių skaičiavimų pagreitinimo priemonę. Pateikiamas eiliškumas komandų, dirbančių su vektoriniais V-registrais Cray kompiuteriuose:

V2=V0*V1

V4=V2+V3

Aišku, kad antroji komanda negali būti vykdoma iš kart po pirmosios – todėl pirmoji komanda turi suformuoti V2 registrą, kas reikalauja nustatyto taktų skaičiaus. Komandų pagreitinimo priemonė leidžia antrajai komandai pradėti dirbti, nelaukiant, kol pirmoji bus visiškai baigta: tuo pat metu, kai atsiras pirmasis rezultatas V2 registre, jo kopija yra nukreipiama į funkcinį sumavimo įrenginį, ir paleidžiama antroji komanda. Žinoma, komandų pagreitinimo priemonės galimybės skiriasi skirtingose ESM.

Naudojant skaliarinį apdorojimą, atitinkama komandų posistemė japoniškuose kompiuteriuose Fujitsu ir Hitachi suderinama su IBM/370, kas turi didelių pranašumų. Čia skaliarinių duomenų buferizacijai naudojama tradicinė keš-atmintis. Kompanija Cray Research, priešingai, pradedant nuo Сгау-1, atsisakė nuo keš-atminties naudojimo. Vietoj jos kompiuteriuose naudojami specialūs programiškai adresuojami buferiniai В ir Т-registrai. Ir tik paskutinėje
serijoje, Cray T90, buvo įrengta tarpinė keš-atmintis skaliarinėms operacijoms. Reikia pabrėžti, kad trakte operatyviosios atminties-vektorinių registrų tarpinės buferinės atminties nėra, todėl būtinai reikia turėti aukštą posisteminės atminties pralaidumą, norint palaikyti didelį skaičiavimo greitį, greitai talpinti duomenis į verktorinius registrus ir įrašyti rezultatus atgal į atmintį.

Šiuo metu Jūs matote 32% šio straipsnio.
Matomi 1468 žodžiai iš 4602 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.