Классификация современных параллельных вычислительных систем с учетом структуры оперативной памяти, модели связи и обмена Симметричные скалярные мультипроцессорные вычислительные системы

Основные отличительные черты:

несколько многоядерных процессоров с суперскалярной структурой:

много потоков команд;

много потоков данных;

равноправный доступ всех ядер к общей оперативной памяти,

одна операционная система;

все ядра могут выполнять процедуры операционной системы.

Примеры - вычислительные системы на базе процессоров Xeon фирмы Intel .

Несимметричные скалярные мультипроцессорные вычислительные системы

Основные отличительные черты:

несколько многоядерных процессоров суперскалярной структурой:

много потоков команд;

много потоков данных;

оперативная память логически единая, но физически распределенная между процессорами;

неравноправный доступ ядер к общей оперативной памяти (быстрый – к локальной оперативной памяти, более медленный – к оперативной памяти других процессоров);

одна операционная система;

все ядра могут выполнять процедуры операционной системы.

Примеры: вычислительные системы на базе процессоров фирм Intel, AMD, IBM.

Массово параллельные вычислительные системы с общей оперативной памятью

Основные отличительные черты:

множество вычислительных узлов (очень широкий диапазон от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч) со скалярной (суперскалярной) структурой;

вычислительный узел многопроцессорный с общей логически и физически оперативной памятью (как с однородным, так и неоднородным доступом к оперативной памяти узла);

много потоков команд (в соответствии с числом ядер во всех вычислительных узлах);

много потоков данных (в соответствии с числом ядер во всех вычислительных узлах);

оперативная память вычислительной системы логически единая, но физически распределена между вычислительными узлами;

неравноправный доступ ядер к общей оперативной памяти вычислительной системы (быстрый – к локальной оперативной памяти узла, более медленный – к оперативной памяти других узлов);

каждый вычислительный узел работает под управлением своей операционной системы;

имеется общая операционная система, обеспечивающая образ единого вычислительного ресурса для пользователей.

Примеры: вычислительные системы CRAY XT3, CRAY XT4, CRAY XT5, CRAY XT6.

Массово параллельные вычислительные системы с распределенной оперативной памятью

Основные отличительные черты:

множество вычислительных узлов (очень широкий диапазон от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч) со скалярной (суперскалярной) структурой;

вычислительный узел многопроцессорный с общей логически и физически оперативной памятью (как с однородным, так и неоднородным доступом к оперативной памяти узла);

много потоков команд (в соответствии с числом ядер во всех вычислительных узлах);

много потоков данных (в соответствии с числом ядер во всех вычислительных узлах);

оперативная память вычислительной системы физически распределена между вычислительными узлами;

ядра вычислительного узла имеют доступ только к локальной оперативной памяти узла. Доступ к оперативной памяти других узлов осуществляется через коммуникационную подсистему с использованием механизма передачи сообщений.

каждый вычислительный узел работает под управлением своей операционной системы;

имеется общая операционная система, обеспечивающая образ единого вычислительного ресурса для пользователей.

Примеры: вычислительная система Blue Gene, Roadrunner, все современные кластеры.

Массово параллельные векторные вычислительные системы

Основные отличительные черты:

множество вычислительных узлов (диапазон от нескольких десятков до сотен или даже тысячи) с векторной архитектурой;

вычислительный узел может быть многопроцессорным с общей логически и физически оперативной памятью (как с однородным, так и неоднородным доступом к оперативной памяти узла);

много потоков команд во всех вычислительных узлах;

много потоков данных во всех вычислительных узлах;

оперативная память вычислительной системы физически распределена между вычислительными узлами;

процессоры (ядра) вычислительного узла имеют доступ только к локальной оперативной памяти узла. Доступ к оперативной памяти других узлов осуществляется через коммуникационную подсистему с использованием механизма передачи сообщений.

каждый вычислительный узел работает под управлением своей операционной системы;

имеется общая операционная система, обеспечивающая образ единого вычислительного ресурса для пользователей.

Примеры. Вычислительные системы NEC, SX-6, SX-7, Earth Emulator, SX-9.

Все современные массово параллельные скалярные вычислительные системы и массово параллельные векторные вычислительные системы имеют кластерную структуру.

При организации распределенных вычислений в глобальных сетях (Интернет) говорят о метакомпьютерах, которые, строго говоря, не являются параллельными структурами.

В дальнейшем будем называть параллельными вычислительными системами только такие параллельные вычислительные системы, которые сосредоточены в небольшом пространстве.

В современной литературе вычислительные системы с множеством вычислительных узлов и копией операционной системы в каждом узле называют:

массово параллельными системами – если вычислительные узлы состоят из скалярных процессоров (ядер);

параллельно векторными системами – если вычислительные узлы состоят из векторных процессоров.

Контрольные вопросы

1. Основные концепции классификации Флинна?

2. Каковы основные достоинства и недостатки классификации Флинна?

3. Какие основные признаки лежат в основе современной классификации вычислительных систем?

4. Назовите основные классы современной классификации вычислительных систем?

Мультипроцессорные вычислительные системы высокой производительности

Содержание

Общая структура МВС

Классификация МВС

Симметричные мультипроцессорные системы

Несимметричные мультипроцессорные системы

Несимметричные МВС с процессорами фирмы Intel

Структурные особенности процессоров

Структуры МВС

Несимметричные МВС на базе процессоров фирмы AMD

Основные особенности процессоров Barcelona, Shanghai, Istanbul

Структуры МВС с процессорами Barcelona, Shanghai, Istambul

Сравнение структур МВС с процессорами Barcelona, Shanghai, Istanbul с МВС с процессорами фирмы Intel

Основные особенности процессоров Magny-Cours

Структуры МВС с процессорами Magny--Cours

Несимметричные МВС на базе процессоров фирмы IBM POWER6, POWER7

Основные особенности процессоров POWER6, POWER7

Структуры МВС на базе процессоров POWER6, POWER7