Вдокладе рассмотрены современные архитектурные принципы и методы реализации перспективных высокопроизводительных вычислительных систем

Вид материала

Доклад

Содержание Список литературы

Подобный материал:

• Архитектура Вычислительных Систем», Университет «Дубна» лекция, 193.82kb.
• Концепция отражает основополагающие принципы создаваемых по программе суперкомпьютерных, 120.98kb.
• Программа по курсу: современные технологии параллельного программирования (по выбору), 69.72kb.
• Direct Memory Access dma. Драйверы литература, 56.37kb.
• Тесты производительности компьютеров и системного, 25.5kb.
• Реферат: Вработе рассматривается среда моделирования распределенных многопроцессорных, 93.04kb.
• Аннотация примерной программы учебной дисциплины «Планирование, обработка и анализ, 71.54kb.
• Вдокладе рассмотрены проблемы метрологического обеспечения нанотехнологий и современные, 29.84kb.
• Обзор аппаратных и программных средств реализации параллельной обработки, 211.84kb.
• Лекция Развитие компьютерной техники, 430.69kb.

А.В. ЗАЙЦЕВ, Л.К. ЭЙСЫМОНТ¹

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

¹ОАО ”Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники”, Москва


АРХИТЕКТУРНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ


В докладе рассмотрены современные архитектурные принципы и методы реализации перспективных высокопроизводительных вычислительных систем. Основная цель работы – построение высокопроизводительных вычислительных систем с перспективной архитектурой, способных достигать высокого уровня реальной производительности.


Наиболее известной задачей для оценки производительности вычислительных систем является Linpack. На этой задаче большинство систем показывает реальную производительность примерно 60-90% от пиковой. Однако те же системы на большинстве практически важных задач показывают реальную производительность 5-10%, а иногда и ниже 1% от пиковой. Это заставляет разработчиков высокопроизводительных вычислительных систем использовать новые архитектурные принципы и новые вычислительные модели организации программ. Особенности современной элементной базы и тенденции её изменения также требуют применения новых архитектурных принципов и вычислительных моделей.

Имеются три наиболее важных принципа построения аппаратных и программных средств: мультитредовость; управление передачей сообщений; разделение процессов доступа к данным вычислений.

Одним из вариантов реализации высокопроизводительных вычислительных систем, базирующихся на перечисленных принципах, является прямой аппаратный подход, когда при реализации этих принципов применяются специальные аппаратные решения. В качестве примера такой реализации можно привести проект Cascade, работы над которым ведутся фирмой Cray в рамках программы HPCS Управления перспективных исследований (DARPA) Министерства обороны США[1]. Возможен и другой подход к реализации – аппаратно-программный. Таким подходом, например, является подход, базирующийся на ячеечных микропроцессорах чип-мультипроцессорного типа, имеющих регулярную структуру, в каждом элементе (тайле) которой может находиться процессор, блок оперативной/ассоциативной памяти, адаптеры коммуникационных сред. Данный подход подразумевает использование мощной программной run-time системы поддержки выполнения программ. В качестве примера такой разработки можно назвать проект Blue Gene/Cyclops, который ведется в IBM с 2000 года[2].

Разрабатываемая в ОАО “НИЦЭВТ” мультитредовая вычислительная система MTDF (MultiThreading and DataFlow), базируется на перспективных архитектурных принципах и новых вычислительных моделях[3]. Вычислительные узлы MTDF-системы содержат мультитредовые микропроцессоры двух типов: вычислительный микропроцессор p и микропроцессор доступа к данным dp, ориентированный на интенсивную работу с общей и ассоциативной памятью. Результаты исследований этой архитектуры на имитационных моделях показали возможность достижения реальной производительности на разных классах задач до 60% от пиковой. В настоящее время актуален вопрос реализации. Реализация архитектуры системы MTDF предполагает исполнение микропроцессоров p и dp на базе чип-мультипроцессорных СБИС, содержащих специальные средства. Среди таких специальных средств можно выделить: специальные команды и блоки для более эффективной поддержки элементов архитектуры MTDF; специальная организация кэш-памяти команд для эффективного одновременного функционирования большого количества тредов; специальная организация кэш-памяти данных для реализации псевдо-ассоциативной памяти; префиксные регистры; специальные команды работы с битовыми полями. Вопрос эффективного выбора таких элементов специализации изначально универсального ячеечного чип-мультипроцессорного микропроцессора – основная задача данного этапа разработки. Похожий подход использовался в мировой практике, например в работе [4].


Список литературы

1. Страница проекта Cascade на web-сервере фирмы Cray.com/cascade/.
   
2. Cascaval C., Castanos J.G., Ceze L., Deneau M., Gupta M., Lieber D., Strauss K., Warren H.S. “Evaluation of Multithreaded Architecture for Cellular Computing “. IBM Thomas J.Watson Research Center, 2002, 11p.
   
3. Митрофанов В.В., Слуцкин А.И., Ларионов К.А., Эйсымонт Л.К. Направления развития отечественных высокопроизводительных систем. “Открытые системы”, N5, май, 2003, с. 29-35.
   
4. Mai K., Paaske T., Jayasena N., Ho R., Dally W., Horowitz M. "Smart Memories: A Modular Reconfigurable Architecture". Proceedings of the 27th International Symposium on Computer Architecture, June 2000, Vancouver, Canada, 11p.