Архитектура потоковой супер ЭВМ, построенной на принципах схемной эмуляции
Статья - Компьютеры, программирование
Другие статьи по предмету Компьютеры, программирование
е чем переходить к презентации своей идеи, мне хотелось бы привести краткое описание сути самих реконфигурируемых вычислительных структур. Потому что именно в сравнительном анализе читателю в полной мере раскроются преимущества представляемого мною подхода. С другой стороны, не смотря на то, что в глобальной сети можно найти мегатонны текстов, посвященных реконфигурируемым структурам, идея эта все еще остается достаточно специфической и вряд ли знакомой широкому кругу специалистов. Поэтому я не вижу смысла отвлекать внимание читателя на поиск и изучение материалов по данной теме, а предлагаю сразу, в рамках данной статьи, ознакомиться с моей реферативной подборкой. Которая, конечно, не претендует на глубину изложения, но для понятия сути вопроса является вполне достаточной. Приведенный мною материал касательно реконфигурируемых структур изложен на основании статей таких идеологов, как: И.А. Каляев (НИИ многопроцессорных вычислительных систем Южного федерального университета, г. Таганрог, Россия), И.И. Левин, Е.А. Семерников (Южный научный центр РАН, г. Ростов-на-Дону, Россия), А.В Палагин (Институт кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины) и других.
Архитектура реконфигурируемых вычислительных структур
Таким образом, регулярность вычислительной структуры еще не является залогом ее высокой производительности на широком классе задач. Необходимым условием следует считать также возможность ее реконфигурации, чтобы граф G* вычислительного процесса как можно ближе совпадал с графом G решаемой задачи.
Суть концепции РВС в том и заключается, чтобы архитектура вычислительной системы имела возможность адаптироваться под структуру решаемой задачи. В отличие от многопроцессорных вычислительных систем с жесткими межпроцессорными связями, а также кластерных систем, архитектура связей реконфигурируемых вычислителей может изменяться в процессе их функционирования. В результате у пользователя появляется возможность адаптации архитектуры вычислительной системы под структуру решаемой задачи.
В отличие от традиционных методов организации параллельных вычислений РВС ориентируются на абсолютно параллельную форму алгоритма задачи - ее информационный граф. Под информационным графом понимается граф, вершинам которого соответствуют арифметико-логические операции над операндами. Дуги информационного графа соответствуют информационной зависимости между вершинами и, по сути, определяют порядок соединения вычислителей.
Таким образом, идея концепции РВС заключается в аппаратной реализации всех операций, предписанных вершинами информационного графа, и всех каналов передачи данных между вершинами, соответствующих дугам графа. Такое решение задачи принято называть структурным.
Наиболее наглядно идею РВС можно продемонстрировать на примере т.н. однородной мультимикроконвейерной вычислительной среды, представляющую собой матрицу однотипных (как правило однобитных) процессоров.
Суть этого подхода заключается в создании мультиконвейера с жесткой архитектурой и обеспечении коммутационных возможностей за счет придания каждому процессору дополнительных функций транзитной передачи информации. В такую структуру можно отобразить любой граф алгоритма G(Q,X), как показано на рис.1
При этом, как можно заметить из рисунка, часть процессоров будет занята неэффективной работой транзита входной информации к другим узлам структуры, а часть процессоров не будут заняты никакими процессами вообще. К тому же, транзит информации через процессоры вносит дополнительные временные задержки при прохождении данных через мультиконвейер, снижая тем самым темп конвейерной обработки. Кроме того, процесс отображения исходного графа в матричную структуру с жесткой архитектурой является нетривиальной задачей. Очевидным есть и то, что в такой структуре невозможно поместить граф реальной задачи, состоящий из сотен, тысяч и миллионов вершин. Эффективность рассматриваемой архитектуры можно было бы увеличить, применив полнодоступный коммутатор, обеспечивающий возможность полнодоступной коммутации между всеми процессорами мультимикроконвейера. Однако, аппаратные затраты на его реализацию будут недопустимо велики, потому как пропорциональны квадрату числа процессоров.
Рис. 1 Отображение графа G(Q,X) в матричную мультимикроконвейерную структуру
Поэтому более перспективным направлением считается проектирование РВС на основе архитектуры мультимакроконвейерных структур с программируемой логикой (рис. 2). Суть которого состоит в том, чтобы создать архитектуру вычислительной системы, способную реконфигурировать свою структуру к графу алгоритма. При этом, функции коммутации перекладываются с процессоров, как в выше рассмотренном случае, на отдельную коммутационную структуру. В отличие от однородных вычислительных сред, авторы данной концепции предложили строить процессорный узел в виде некоторого множества элементарных многоразрядных процессоров, объединенных полнодоступной коммутационной шиной. При этом, как и в предыдущем случае, процесс решения задачи сводится к организации мультиконвейерных цепочек, отображающих информационный граф решаемой задачи.
Основными вычислительными блоками в мультимакроконвейерной РВС являются макропроцессоры, представляющие собой набор некоторого числа элементарных процессоров, объединенных в единый вычислительный ресурс с помощью локального коммутатора. Элементарн?/p>