5.1.2. Топологія зв'язків між процесорами

Топологія зв'язків між процесорами грає виключно важливу роль в архітектурах з розподіленою пам'яттю: адже чим більше відстань між двома будь-якими процесорами, (в сенсі часу проходження повідомлення), тим нижче швидкість міжпроцесорних комуні­кацій, що критичним чином відбивається на продуктивності всієї системи.

З'єднання «кожен із кожним» (рис. 5.5) виглядає привабливим, але виявляється практичним лише для невеликого числа процесорів. При їх збільшенні така топологія стає надто дорогою і ненадій­ною, так як вартість топології пропорційна квад­рату числа процесорів, C=O(n²).

Рисунок 5.5. Топологія «кожен із кожним»

Тому розробники ПОС знайшли досить оригінальне рішення, засноване на принципі постійної локальної складності (найближчого сусідства), який ми розглянемо на прикладі топології «кільце» (рис. 5.6).

Тут кількість зв'язків для будь-якого вузла постійна і дорівнює k=4 (треба враховувати дуги у якості зв'язку).

Риунок. 5.6. Топологія «кільце»

Іноді застосовується двовимірна сітка (решітка), при цьому кожен процесор (крім крайніх) пов'язаний із чотирма сусідніми (використовується принцип мінімальної локальної складності; сітка з дев'ятьма процесорами топологічно не ізоморфна кільцю). Максимальна відстань (або діаметр) між процесорами у такій топології є O(2p) для p-процесорної конфігурації.

Для скорочення діаметра застосовують топологію тора (згортання сітки в трубку і з'єднання кінців вийшла трубки; при цьому діаметр зменшується вдвічі); тут k=4. Використовують п-мірні сітки.

Часто застосовують топологію багатовимірного куба (гіперкуба). У разі n-мірного куба кожен процесор безпосередньо пов'язаний з n сусідами; діаметр куба дорівнює n.

Існують і інші топології, в тому числі і такі, що перебудовуються.

Рисунок 5.7. Топології двовимірної сітки (а), тора (b) і гіперкуба (с)

5.2. Суперкомп'ютери

Особливим підкласом ОС є суперкомп'ютери (СК). Суперкомп'ютером прийнято називати паралельну НД, що включає в себе безліч процесорів, що володіє найкращими на даний момент характеристиками, в першу чергу, продуктивностю. Відмінними ознаками СК в архітектурі є: суперскалярна і векторна обробка даних, специфічний склад команд (CISC або RISC) та їх організація (VLIW, EPIC) – див. Додаток А.

Відзначимо й інші відмінності СК від ПОС. Структурні відмінності: блок регістрів загального призначення, декілька конвеєрів різного функціонального призначення, апаратна реалізація багатьох стандартних функцій системних програм; складні структури даних (наприклад, дерево стеків). Схемотехнічна відмінність: найшвидша на момент проектування елементна база. Конструктивні відмінності: мінімальна довжина з'єднувальних дротів як на платі, так і між платами, а також між стійками.

Іншими словами, в СК всі рішення, починаючи від елементної бази і конструктивних особливостей і закінчуючи архітектурою і програмним забезпеченням, спрямовані на отримання максимально досяжної швидкодії.

Відзначимо, що багато оригінальні рішення, застосовані в СК, потім стали застосовуватися в інших обчислювальних системах.

Вже в найближчі роки СК-и дозволять володіють ними країнами вирішити багато глобальних життєво важливі науково-технічні, економічні, геополітичні та геофізичні проблеми, відомі під назвою "Великі виклики". Все це дає підставу вважати СК-и стратегічно важливою областю сучасних комп'ютерних та інформаційних технологій.

Так, у США під егідою МО була розроблена "Стратегічна комп'ютерна ініціатива" (СКІ, 1995 р.). Мета – закріплення лідируючого положення США в області комп'ютерної техніки за рахунок створення СК надвисокої продуктивності. Одна з планованих для рішення на такому СК завдань – моделювання ядерних вибухів, які заборонені міжнародними договорами, що дозволило б США значно відірватися від інших країн. На реалізацію СКІ були відпущені колосальні кошти.

Однак архітектура відомих СК є жорсткою. Саме тому при вирішенні невластивих даному СК завдань відбувається різке зниження пікової продуктивності – порушується відповідність архітектури КС внутрішній структурі розв'язуваної задачі. Це характерно для всіх відомих архітектур суперкомп'ютерів. Вихід з цього становища полягає у відмові від жорсткої архітектури і перехід до гнучких (програмованим) архітектур [14].