4. Системы с массовой параллельной обработкой (мрр)

Основным признаком, по которому вычислительную систему относят к архитектуре с массовой параллельной обработкой (МРР, Massively Parallel Processing), служит количество процессоров n. Строгой границы не существует, но обычно при n  128 считается, что это уже МРР, а при n  32 – еще нет. Обобщенная структура МРР-системы показана на рис. 14.

Главные особенности, по которым вычислительную систему причисляют к классу МРР, можно сформулировать следующим образом:

стандартные микропроцессоры;

физически распределенная память;

сеть соединений с высокой пропускной способностью и малыми задержками;

хорошая масштабируемость (до тысяч процессоров);

асинхронная MIMD-система с пересылкой сообщений;

программа представляет собой множество процессов, имеющих отдельные адресные пространства.

Рис. 14. Структура вычислительной системы с массовой параллельной обработкой

Характерная черта МРР-систем – наличие единственного управляющего устройства (процессора), распределяющего задания между множеством подчиненных ему устройств, чаще всего одинаковых (взаимозаменяемых), принадлежащих одному или нескольким классам. Схема взаимодействия в общих чертах довольно проста:

центральное управляющее устройство формирует очередь заданий, каждому из которых назначается некоторый уровень приоритета;

по мере освобождения подчиненных устройств им передаются задания из очереди;

подчиненные устройства оповещают центральный процессор о ходе выполнения задания, в частности о завершении выполнения или о потребности в дополнительных ресурсах;

у центрального устройства имеются средства для контроля работы подчиненных процессоров, в том числе для обнаружения нештатных ситуаций, прерывания выполнения задания в случае появления более приоритетной задачи и т. п.

Благодаря свойству масштабируемости, МРР-системы являются сегодня лидерами по достигнутой производительности; наиболее яркий пример этому – Intel Paragon с 6768 процессорами.

Слабым местом МРР является центральное управляющее устройство (ЦУУ) – при выходе его из строя вся система оказывается неработоспособной. Повышение надежности ЦУУ основывается на упрощении аппаратуры ЦУУ и/или ее дублирования.

На рис. 15 показана структура МРР-системы RM1000, разработанной фирмой Pyramid.

Рис. 15. Структура МРР-системы RM1000

В RM1000 используются микропроцессоры типа MIPS. Каждый узел содержит процессор R4400, сетевую карту Ethernet и два канала ввода/вывода типа SCSI. Реализованный вариант включает в себя 192 узла, но сеть соединений предусматривает масштабирование до 4096 узлов. Каждый узел имеет коммуникационный компонент для подключения к соединяющей сети, организованной по топологии двухмерной решетки. Связь с решеткой поддерживается схемами маршрутизации, с четырьмя двунаправленными линиями для связи с соседними узлами и одной линией для подключения к данному процессорному узлу. Скорость передачи информации в каждом направлении – 50 Мбит/с.

Каждый узел работает под управлением своей копии операционной системы, управляет «своими» периферийными устройствами и обменивается с другими узлами путем пересылки сообщений по сети соединений. Операционная система содержит средства для повышения надежности и коэффициента готовности.