Динамические потоковые вычислительные системы

Производительность потоковых систем существенно возрастает, если они в состоянии поддерживать дополнительный уровень параллелизма, соответствующий одновременному выполнению отдельных итераций цикла или параллельной обработке пар элементов в векторных операциях. Кроме того, в современных языках программирования активно используются так называемые реентерабельные процедуры, когда в памяти хранится только одна копия кода процедуры, но эта копия является повторно входимой (реентерабельной). Это означает, что к процедуре можно еще раз обратиться, не дожидаясь завершения действий в соответствии с предыдущим входом в данную процедуру. Отсюда желательно, чтобы все обращения к реентерабельной процедуре также обрабатывались параллельно. Задача обеспечения дополнительного уровня параллелизма решается в динамических по-

токовых ВС и реализуется двумя вариантами архитектуры потоковой ВС: архитектуры с помеченными токенами и архитектуры с явно адресуемыми токенами.

Архитектура потоковых систем с помеченными токенами

В архитектуре с помеченными токенами (tagged-token architecture) память хранит один экземпляр потокового графа. Каждый токен содержит тег (фишку), состоящий из адреса команды, для которой предназначено заключенное в токене значение, и другой информации, определяющей вычислительный контекст, в котором данное значение используется, например номера итерации цикла. Этот контекст называют «цветом значения», а токен соответственно называют «окрашенным»-, в силу чего метод имеет еще одно название — метод окрашенных токенов. Каждая дуга потокового графа может рассматриваться как вместилище, способное содержать произвольное число токенов с различными тегами. Основное правило активирования вершины в динамических потоковых ВС имеет вид: вершина активируется, когда на всех ее входных дугах присутствуют токены с идентичными тегами.

Для обнаружения одинаково окрашенных токенов (токенов с одинаковыми тегами) в конвейер процессорного элемента введен согласующий блок. Этот блок получает очередной токен из очереди токенов и проверяет, нет ли в памяти согласования его партнера (токена с идентичным тегом). Если такой партнер не обнаружен, принятый токен заносится в память согласования. Если же токен-партнер уже хранится в памяти, то блок согласования извлекает его оттуда и направляет оба токена с совпавшими тегами в блок выборки. На основе общего тега блок выборки находит в памяти команд/данных соответствующую команду и формирует пакет операции, который затем направляет в функциональный блок. Функциональный блок выполняет операцию, создает токены результата и помещает их в очередь токенов.

Чтобы учесть возможные ситуации — циклы, элементы массивов, функции и рекурсии, — тег каждого токена должен включать в себя три поля: Уровень итерации • Имя функции • Индекс.

В каждом поле может содержаться число, начиная с нуля. Поле «Уровень итерации» хранит порядковый номер текущей итерации цикла; поле «Имя функции» идентифицирует вызов функции; поле «Индекс» указывает на определенный элемент массива. Первые два поля могут быть объединены в одно.

Индивидуальные поля тега трактуются как числовые значения, пересылаемые от одной вершины к другой. Минимальным требованием к динамической потоковой ВС является наличие операций, позволяющих извлечь значение, содержащееся в каждом поле, или установить в любом поле иное значение. Например, операция -«Прочитать поле токена»- берет токен и формирует из него другой токен, где определенное поле заполнено содержимым аналогичного поля из входного токена. Операция «Установить поле токена»- формирует выходной токен, совпадающий с входным, за исключением указанного поля, куда заносится значение, заданное в данной операции в виде литерала. Применительно к полю «Уровень итерации» могут быть предусмотрены операции инкремента и декремента.