24 - Класификация на многопроцесорни системи - StudIzba

  • Лекция 24. Класификация на мултипроцесорните системи по начина на организиране на основната памет.

1. АРХИТЕКТУРА НА МНОГОПРОЦЕСОРНИ СИСТЕМИ

Основната характеристика в класификацията на многопроцесорните изчислителни системи е начинът на организиране на RAM. Ако има споделена памет с равен достъп до нея от всички процесори, ние говорим за симетрични мултипроцесорни системи (SMP), а когато използваме разпределена памет, когато всеки процесор е снабден със собствена локална памет и директен достъп до паметта на други процесори е невъзможно, говорим за системи с масивен паралелизъм (MPP). Нещо между SMP и MPP са архитектурите с неравномерен достъп до паметта (NUMA), при които паметта е физически разпределена, но логически споделена. В този случай времето за достъп до различни блокове памет става неравномерно. В една от първите системи от този тип, Cray T3D, времето за достъп до паметта на друг процесор беше 6 пъти по-дълго, отколкото до собствената.

В момента разработването на високопроизводителни изчислителни системи е в четири основни области: векторни конвейерни суперкомпютри, SMP системи, MPP системи и клъстерни системи. Помислете за основните характеристики на изброените архитектури.

1.1. Суперкомпютри с векторни конвейери

Характерна особеност на вектор-конвейерните компютри е, първо, тръбопроводната организация на обработка на потока от команди и, второ, набор от векторни операции в командната система, които работят върху цели масиви от данни [2]. В исторически план това са първите компютри, за които концепцията за суперкомпютър е напълно приложима. В момента обаче техният дял в суперкомпютърния парк непрекъснато намалява поради изключително високата им цена и ниската мащабируемост. По правило няколко такива процесора (2-16) работят в режим на споделена памет (SMP), образувайки изчислителен възел и няколко такива възли се комбинират с помощта на превключвател, подобен на MPP системите. Типични представители на тази архитектура са компютрите CRAY J 90/T 90, CRAY SV 1, NEC SX -4/SX -5.

1.2. Симетрични SMP многопроцесорни системи

Съвременните системи на SMP архитектура, като правило, се състоят от няколко хомогенни микропроцесора и споделен масив памет (фиг. 1). Всички процесори имат равен достъп до всяка точка в споделената памет.

системи

Фигура: 1. Архитектура на симетрични многопроцесорни системи.

Наличието на споделена памет значително опростява взаимодействието на процесорите помежду си, но зад тази привидна простота има големи проблеми, присъщи на системи от този тип. В допълнение към добре познатия проблем на конфликтите при достъп до споделена шина памет, възникна нов проблем, свързан с йерархичната структура на организацията на паметта в съвременните компютри. Факт е, че тесното място в съвременните компютри е RAM, чиято скорост значително изостава от скоростта на процесора. В момента тази скорост е около 20 пъти по-ниска от необходимата за 100% съгласуваност със скоростта на процесора и разликата непрекъснато нараства. За да се изглади разликата в скоростта на процесора и основната памет, всеки процесор е оборудван с високоскоростна буферна памет (кеш памет), работеща със скоростта на процесора. В тази връзка в многопроцесорните системи, базирани на такива микропроцесори, се нарушава принципът на равен достъп до всяка точка на паметта. За да го запазите, трябва да организирате хардуерна поддръжка за съгласуваност на кеш паметта, което води до големи режийни разходи и значително ограничава възможностите за увеличаване на производителността на такива системи, като просто увеличавате броя на процесорите.

Чистите SMP системи обикновено се състоят от не повече от 32 процесора, а за по-нататъшно разширяване се използва технологията NUMA, която в момента ви позволява да създавате системи с до 256 процесора с обща производителност от около 150 милиарда операции в секунда. Системи от този тип се произвеждат от много компютърни компании като мултипроцесорни сървъри с брой процесори от 2 до 64 и твърдо държат лидерството в класа на малки суперкомпютри с производителност до 60 милиарда операции в секунда.

1.3. Масивно паралелни системи (MPP)

Компютрите от този тип са мултипроцесорни системи с разпределена памет, в които еднородни изчислителни възли се комбинират с помощта на определен комуникационен носител (фиг. 2).