Параллельные компьютеры и суперЭВМ

Параллельные компьютеры и супер-ЭВМ.

СуперПК имеют максимальную производительность и ресурсы памяти

Сферы применения суперПК:

1.  Автомобилестроение

2.  нефте- и газодобыча

3.  фармакология

4.  прогноз погоды

5.  сейсморазведка

6.  проектирование электронных устройств

7.  синтез новых материалов

Достоинства суперПК обусловлены:

1.  применением новых технологий элементной базы.

2.  использованием новых решений в архитектуре ПК (имеет явное преимущество)

Имеются 4 основных направления развития новых архитектурных решений:

1.  векторно-конвейерные ПК. Особенность – наличие конвейерно-функциональных устройств и набора векторных команд. В отличие от традиционного подхода векторные команды оперируют целыми массивами независимых данных, что позволяет эффективно загружать доступные конвейеры.

2.  массивно-параллельные ПК с распределённой памятью. Эти суперПК представляют собой наборы серийных микропроцессоров, каждый из которых снабжён свой локальной памятью, соединённых посредством коммуникационной среды. Достоинство в том, что можно легко увеличивать производительность путём простого добавления процессоров. При известных финансовых возможностях и известной требуемой вычислительной мощности несложно рассчитать оптимальную структуру. К недостаткам относится то, что здесь очень сложен процесс программирования. Реализация некоторых алгоритмов практически невозможна. Это обусловлено тем, что межпроцессорное взаимодействие в компьютерах идёт намного медленнее, чем происходит локальная обработка данных самими процессорами.

3.  параллельные ПК с общей памятью. Вся оперативная память таких ПК разделяется несколькими одинаковыми процессорами. Это снимает проблему межпроцессорных связей, но вместе с тем добавляет новую: число процессоров, имеющих доступ к общей памяти нельзя сделать большИм по чисто техническим причинам.

4.  комбинация первых трёх. Из нескольких процессоров и общей для них памяти формируется вычислительный узел. Если вычислительной мощности не хватает, то эти узлы объединяются высокоскоростными каналами. Подобную архитектуру называют кластерной. Именно это направление является наиболее перспективным для конструирования ПК с рекордными показателями производительности.

Существует два новых архитектурных решения:

Конвейерная обработка данных и параллельная обработка. У них много общего, но эти термины обозначают два принципиально разных подхода. При параллелизме совмещение операций достигается путём воспроизведения аппаратной структуры в нескольких копиях. Высокая производительность достигается за счёт одновременной работы всех элементов структур, осуществляющих решение различных элементов задачи. Конвейерная обработка в общем случае основана на разделении подлежащей исполнению функции на более мелкие части, называемые ступенями, и выделении для каждой из них отдельного блока аппаратуры. Обработку любой машинной команды можно разделить на несколько этапов, организовав передачу данных от одного этапа к другому. При этом конвейерную обработку можно использовать для совмещения этапов выполнения различных команд. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняется несколько команд. Выполнение типичной команды можно разбить на следующие этапы:

1.  выборка команды

2.  декодирование команды

3.  выполнение операции.

4.  обращение к памяти

5.  запоминание результата

для конвейеризации схемы простейшего процесса можно просто разбить выполнение команд на перечисленные выше этапы, отведя для каждого этапа один такт синхронизации и начинать в каждом такте выполнение новой команды. Естественно для хранения промежуточных результатов каждого этапа необходимо использовать регистровые станции, которые обеспечивают передачу данных и управляющих сигналов с одной ступени конвейера на следующую. Хотя общее время на выполнение одной команды в таком конвейере будет составлять пять тактов, в каждом такте аппаратура будет выполнять в совмещённом режиме пять разных команд, работу конвейера можно условно представить в виде сдвинутых во времени процессора. Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора, но она не сокращает время выполнения одной команды, даже увеличивая его за счёт накладных расходов, связанных с управлением регистровыми станциями. Этот факт накладывает некоторые ограничения на практическую длину