2.26. Многоядерные многопотоковые микропроцессоры

Многоядерный микропроцессор содержит два и более вычислительных ядер на одном кристалле. Впервые в 1994г. На кристалле был реализован двухядерный процессор.

Сущность многопоточности – использование нескольких потоков микрокоманд на одноядерном или многоядерном процессоре. Взаимодействие многоядерности и многопотоковости иллюстрируется ниже на диаграмме ”Доктора Рута”

Облегченный процесс (ОП) – процесс, объединяющий несколько пользовательских потоков и формирующийся с целью дальнейшего создания на его основе парналлельных потоков.

Процессор (П) – процессор, ядро.

Множество потоков может обслуживаться множеством ядер

Ниже на рисунке иллюстрируется эволюция микропроцессоров от простейшего традиционного до многопотокового многоядерного.

Эволюция СМР: а) традиционный микропроцессор;

б) простейшая версия CMP;

в) СMP с общей кэш-памятью второго уровня;

г) многопотоковая версия CMP.

CMP: Chip MultiProcessors

2.27. Кластерные системы.

Кластер представляет собой два или более компьютеров (часто называемых узлами), которые объединяются с помощью сетевых технологий на базе шинной архитектуры (Fast/Gigabit Ethrnet, Mirinet) или коммутатора и предоставляются пользователю в качестве единого информационно-вычислительного ресурса (см. рисунок). Такие суперкомпьютерные системы являются самыми дешевыми, поскольку собираются на базе стандартных комплектующих элементов, процессоров, коммутаторов, дисководов и внешних устройств.

Классические суперкомпьютеры в отличие от кластерных вычислительных систем характеризуются колоссальной стоимостью. Высокая стоимость обуславливается применением уникальных решений с рекордными характеристиками, которые не могут быть дешевыми.

В середине 90-х годов прошлого века на рынке появились недорогие и эффективные микропроцессоры и коммуникационные решения. Появилась реальная возможность создавать установки ”суперкомпьютерного” класса из составных частей массового производства. Это и предопределило появление кластерных вычислительных систем, являющихся отдельным направлением развития компьютеров с массовым параллелизмом.

Состав и мощность узлов могут меняться даже в рамках одного кластера, что дает возможность создавать, в частности, неоднородные системы. В качестве операционных систем используются чаще всего стандартные: Linux, Windows NT, Solaris и т.п.

Для классических супер-ЭВМ по сравнению с кластерными системами характерен более высокий показатель отношения производительности к потребляемой энергии.

Переход кластерных систем к экзафлопсной производительности ( операций в сек.) связан с возможным потреблением энергии одной ВС 120 МГватт.

2.28. Концепция grid-архитектур

Любые вычислительные устройства можно считать параллельной вычислительной системой, если они работают одновременно и их можно использовать для решения одной задачи. В этом смысле уникальные возможности дает сеть Интернет, которую можно рассматривать как самый большой компьютер в мире. Никакая вычислительная система не может сравниться ни по пиковой производительности, ни по объему оперативной или дисковой памяти с теми суммарными ресурсами, которыми обладают подключенные к сети Интернет компьютеры. Компьютер, состоящий из компьютеров, - это своего рода метакомпьютер. Отсюда происходит и специальное название для процесса организации вычислений на такой вычислительной системе – метакомпьютинг.

Прогресс в сетевых технологиях последних лет колоссален. Гигабитные линии связи между компьютерами, разнесенными на сотни километров – это обычная реальность. Объединив различные вычислительные ресурсы в рамках единой сети, можно оперативно формировать специальную вычислительную среду. Работая в такой среде, пользователь лишь выдает задание на решение задачи, а остальное метакомпьютер делает сам: ищет доступные вычислительные ресурсы, отслеживает их работоспособность, осуществляет передачу данных и т.п. Пользователь может даже не узнать, ресурсы какого именно компьютера были ему предоставлены.

Здесь существует почти полная аналогия с электрической сетью Подключая электрический чайник к розетке, человек не задумывается, какая станция производит электроэнергию. Нам нужен ресурс, и мы им пользуемся. По аналогии именно с электрической сетью распределенная вычислительная среда в англоязычной литературе получила название Grid или ”вычислительная сеть”.

Совершенствование операционных средств в организации метакомпьютинга привело к появлению направления под названием ”облачные вычисления”.

В отличие от традиционного компьютера метакомпьютер имеет целый набор присущих только ему особенностей:

- обладает огромными аппаратными и программными ресурсами, которые несравнимы с ресурсами обычных компьютеров;

- является распределенным по своей природе;

- может динамически менять конфигурацию. Какие-то компьютеры к нему подсоединяются и делегируют права на использование своих ресурсов, какие-то отключаются и становятся недоступными. Задача системы поддержки метакомпьютера состоит в поиске подходящих ресурсов, проверке их работоспособности, в распределении поступающих задач вне зависимости от текущей конфигурации метакомпьютера в целом;

- неоднороден. Разные системы поддерживают различные системы команд и форматы представления данных. В состав метакомпьютера могут входить системы с принципиально различной архитектурой, начиная с домашних персональных компьютеров и заканчивая мощнейшими суперкомпьютерными системами;

- объединяет ресурсы различных организаций. Политика доступа и использования конкретных ресурсов может сильно меняться в зависимости от их принадлежности к той или иной организации. Метакомпьютер не принадлежит никому, поэтому политика его администрирования может быть определена лишь в самых общих чертах. В то же время согласованность работы огромного числа составных частей метакомпьютера предполагает обязательную стандартизацию работы всех его служб и сервисов.