Диссертация (1090013), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Одним из решений являетсяреализацияодинаковыходнопроцессорныхмодулейсканаламимежпроцессорного обмена на объединительную панель корпуса (шасси). Наобъединительнойпанелипринеобходимостимогутустанавливатьсяповторители высокочастотных сигналов для каналов межпроцессорногообмена. Примером такого модуля является модуль МП1С1/V на основемикросхемы процессора Эльбрус-2С+ или модуль МП1С2/V на основемикросхемы процессора R1000.Модуль МП1С1/V функционально представляет собой компьютер на платес набором внешних интерфейсов для использования в составе вычислительныхкомплексов и имеет в своем составе:- процессор Эльбрус-2C+ (1891ВМ7Я);- два модуля памяти DDR2 фирмы Micron объёмами по 4 Гб каждый;- контроллер оптического канала SFI со скоростью передачи данных 10 Гбит/сна основе набора микросхем EP3SL50 + PM8358 + VSC8488;- контроллер периферийных интерфейсов КПИ (1991ВГ1Я), реализующийинтерфейсы PCI, PCI Express, USB, GbE, IDE, RS232 и SATA.Интерфейсы КПИ выходят на переднюю панель, на разъёмы объединительнойпанелиинагруппуразъёмовдляустановкиносителяданныхmSATA/CompactFlash, в который устанавливается твердотельный накопительна флэш-памяти с интерфейсом mSATA объёмом 128 Гб.Подробная схема с составом модуля за исключением служебныхкомпонентов(NVRAM/RTC,памятьначальнойзагрузки,системасинхронизации, мониторы питания и т.
п.) показан на схеме рисунке 5.3.6.Схема размещения основных компонентов на верхней стороне платы модуляпоказана на рисунке 5.3.7.202Рис. 5.3.6. Схема с составом модуля МП1С1/V.Модуль выполнен в конструктиве «Евромеханика 6U» (IEEE 1101)ширины (4 HP) с воздушным охлаждением (ANSI VITA 48.1), соответствуетстандартуVPX(ANSIVITA46.0).Предусматриваетсявозможностьизготовления платы в форм-факторе, позволяющем сборку модуля висполнении с кондуктивным охлаждением (ANSI VITA 48.2).На переднюю панель выведены два разъёма USB 2.0, один порт GigabitEthernet с разъёмом RJ-45, один порт RS232 с разъёмом DB-9, кнопка сброса,гнездо SFP+ для установки оптического трансивера со скоростью передачи203данных 10 Гбит/с, а также служебные разъёмы JTAG и обновления программыначального старта (BOOT).На объединительную панель выводятся каналы межпроцессорного обмена,интерфейсы PCI Express (по стандарту ANSI VITA 46.4) и CompactPCI(согласно главе 3 стандарта PICMG 2.0 D3.0).
Питание модуля осуществляетсятакжесобъединительнойпанелинапряжением+12В,Максимальнопотребляемая мощность оценивается в 30 Вт, пиковая расчетная мощность – неболее 67 Вт.Рис. 5.3.7. Внешний вид модуля МП1С1/V с размещением компонент.5.3.3 Комплексы специального примененияДля специального применения возможно создание вычислительногокомплекса в корпусе (шасси) типа «Евромеханика» на основе стандартовCompactPCI Serial (PICMG CPCI-S.0), AdvancedTCA (PICMG 3.x) или VPX204(ANSI/VITA 46, ANSI/VITA 48). Наиболее востребованным и перспективнымнаправлением развития многопроцессорных систем является разработкавычислительных модулей и периферийных устройств (карт) в соответствии состандартами VPХ, CMC (PMC), XMC (XMC.3).На основе многоядерных процессоров R1000 и Эльбрус-2С+ реализованыоднопроцессорные модули МП1С1/V и МП1С2/V для вычислительныхкомплексов специального применения, устанавливаемых в крейт или корпус собъединительной панелью.
При этом достигаются те же характеристикисистемы, которые характерны для систем общего применения. В условияхвыпуска небольших серий целесообразна реализация многопроцессорноговычислительного комплекса с применением нескольких модулей МП1С1/V илиМП1С2/V.
В настоящее время широко представлены процессорные модулидвух типов:1.снаборомпериферийныхмежпроцессорногообменаинтерфейсовдляибезпостроениявыводаканаловмногопроцессорноговычислительного комплекса;2. с выводом каналов межпроцессорного обмена и без набора периферийныхинтерфейсов.Модули первого типа для промышленных систем предлагаются различнымипроизводителями телекоммуникационного оборудования, в то время какмодуливтороготипапредлагаютсянесколькимипроизводителямисуперкомпьютеров для воспроизводительных вычислений.С учетом этой конъюнктуры новизна предлагаемого вычислительногокомплекса состоит в использовании нескольких одинаковых однопроцессорныхмодулей, которые не относятся к известным типам [104].
Однопроцессорныймодуль является компьютером на плате под установку в крейт с выводомканалов межпроцессорных обменов для кэш-когерентного доступа к памяти(ccNUMA) на высокочастотные соединители. Эти соединители могут бытьклассифицированы для различных стандартов и имеют модификации [106].205Несколько таких модулей в корпусе или крейте образуют вычислительнуюмашину на общей памяти, например, четыре модуля МП1С1/V с установкой вобъединительную панель. Этим предлагаемый вычислительный комплексотличается от распространенных комплексов с одним процессорным модулем вкорпусе (типа крейт), соответствующих стандартам VPX (VITA 46, VITA 48выпуска 2007 - 2013 годов) или Advanced®TCA (PICMG – 3.x выпуска 2008 2012 годов).Различные реализации предлагаемого типа вычислительного комплекса,соответствующие стандартам VPX, представлены на рисунке 5.3.8.Рис.
5.3.8.Вычислительные комплексы на основе унифицированныходнопроцессорных модулей.Предлагаемые унифицированные однопроцессорные модули обеспечиваютпостоянное соотношение количества вычислительных ядер, объема когерентнойпамяти и пользовательских интерфейсов. Поскольку модули полностьюидентичны, то просто обеспечиваетсядиагностиканеисправностивпроцессемасштабируемость, настройка иэксплуатациивычислительногокомплекса. Важно отметить, что в случае двухстороннего обслуживанийкорпуса (типа крейт) для каждого вычислительного модуля возможна установкадополнительного интерфейсного модуля расширения (Rear Transition Module).206Основным недостатком предлагаемого типа вычислительного комплекса покаявляется повышенная себестоимость из-за небольшого объема выпуска посравнению с компактными стоечными вычислительными комплексами общегоприменения(RackmountServers),котораявомногомобусловленаиспользованием соединителей для каждого канала межпроцессорного обмена, атакже-избыточностьюинтегрированныхконтроллеровпериферийныхинтерфейсов.Учитывая все варианты применений унифицированного однопроцессорногомодуля, показатель N s (число реализаций вычислительных комплексов наоснове модуля) равен пяти.
Общее количество вычислительных комплексовэтого класса для различных назначений и способов охлаждения также равняетсяпяти. Унификация модулей для вычислительных комплексов в корпусе (типакрейт) «Евромеханика» позволила в 2,3 раза сократить номенклатурупроцессорных модулей и снизить на 20% их себестоимость за счет увеличенияих количество при серийном изготовлении.Достоинством же вычислительных комплексов специального примененияна момент их выпуска являлся достаточно большой набор поставляемогосертифицированного программного обеспечения: основана на ядре Linux 2.6.33операционная система, компиляторы С/С++/Fortran, Java-машина (OpenJDK 6),более 3000 базовых пакетов из набора Debian 5.0 (Lenny), включая LibreOffice3.6, Firefox 3.6.28, PostgreSQL 9.2, Qt 5.0.
Кроме того, в состав программногообеспечения серверы входит двоичный транслятор приложений совместимый сэмулятором WINE как кросс-архитектурная виртуализация (x86<->Elbrus).5.4 ВыводыПредставленамногоядерныхпроектирования.совокупностьпроцессоровПроведенcрешенийприприменениеманализразработкеразработанныхсуществующихкорпусовсредствматериаловитехнологических процессов изготовления коммутационных плат корпуса на207основе полимерных и керамических материалов. Показана эффективнаяконструкциямикросхемыпроцессораипредлагаютсяперспективныематериалы для ее элементов. Такие материалы уже в ближайшее время могутнайти применение для серийного производства у производителей различныхсложно-функциональных микросхем.На основе конструкторско-технологических проектных решений дляповышенияуровняунификациипроцессорныхмодулейреализованывычислительные комплексы общего и специального применения, являющиесяразвитиемаппаратно-программнойплатформыЭльбрус.Длямногопроцессорных систем специального назначения более чем в два разасокращена номенклатура процессорных модулей путем унификации ихконструкции.Компоновкамодулейунифицированнойконструкциидлямногопроцессорных вычислительных комплексов специального примененияпозволила на 25% уменьшить их себестоимость и повысить масштабируемость.При росте популярности вычислительных комплексов в корпуса (типа крейт)«Евромеханика»наосновесовременныхстандартовпрогнозируетсясущественное уменьшение стоимости комплектующих в их составе, а,следовательно, дальнейшее снижение их себестоимости и повышениедоступности для широкого круга потребителей.Применение взаимосвязанных технических решений для конструкторскотехнологического проектирования позволило в среднем на 20% сократитьсроки разработки многопроцессорных модулей и проведения комплексноготестирования вычислительных комплексов.
Применение четырехпроцессорныхмодулей в составе стендов тестирования и разбраковки микросхем оказалосьэффективным решением для всестороннего тестирования подсистемы памятипроцессора и выявления в ней ошибок проектирования.208ЗаключениеДиссертация представляет собой законченную научно-исследовательскуюработу, посвященную теоретическому анализу методов и обобщению практикиконструкторско-технологическойразработкимногопроцессорныхмодулейвычислительных комплексов, созданию эффективных структур, процедуранализа и синтеза многопроцессорных модулей на основе микросхеммногоядерных процессоров российской разработки.
Работа выполнена вПАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука».В работе получены следующие основные результаты и выводы:1.Проведеноисследованиевыполненныхразработокмногопроцессорных модулей и определены их основные технические иэксплуатационные характеристики с целью улучшения:-пиковая производительность;- пропускная способность каналов обмена с оперативной памятью;- пропускная способность каналов межпроцессорного обмена- масштабируемостьпоколичествумикросхемпроцессоров,оперативной памяти и периферийных интерфейсов.- уровень унификации.2.Проведен критический анализ существующих методологическихподходовразработкимодулейихосновесложно-функциональныхмикросхем для ускоренной реализации многопроцессорных модулейдоверенных вычислительных комплексов и предложены пути решенияследующих задач:-выполнение многокритериальной оптимизации;- выполнение топологической трассировки и оценки решений;-обеспечение итеративной отработки проектных решений;- определение эффективной компоновки модуля.2093.Улучшение характеристик многопроцессорных модулей сопряженос решением основных проблем их конструкторско-технологическойразработки модулей и учетом создания микросхем процессоров:- обеспечениестабильностинапряженийвсетяхпитаниямикросхемы процессора при повышении ее производительности;- обеспечение целостности сигналов каналов обмена с оперативнойпамятью и каналов межпроцессорного обмена при повышении ихпропускной способности;- обеспечение надежности и ремонтопригодности при увеличенииколичествамикросхемпроцессоров,оперативнойпамятиипериферийных интерфейсов;- снижение стоимости подготовки к производству и себестоимостисерийного изготовления при повышении уровня унификации.4.Сформулированаирешеназадачамногокритериальнойоптимизации при применении структур многопроцессорного модуля вусловиях сквозной разработки его составных частей с учетом современныхтехнологий их изготовления и критериев проектирования.5.Дляобеспеченияцелостностисигналовистабильностинапряжений в сетях питания разработаны расчетно-аналитические методыпроектирования корпуса микросхемы процессора с учетом планированияпериферии ее кристалла и многопроцессорного модуля.6.Сцельютопологическиеобеспеченияметодыцелостностипроектированиясигналовдляразработаныперифериикристалламикросхемы процессора с учетом планирования ее корпуса, автоматизацияприменения которых реализована в средствах проектирования собственнойразработки.7.Длявычислительногообеспечениямодулянадежностиразработаныиремонтопригодностиэкспериментальныеметодыкомпоновки составных частей вычислительного модуля при создании210вспомогательного оборудования на этапах проектирования микросхемыпроцессора,позволяющиепроводитьитеративныйвыборпроектныхрешений.8.Предложена оригинальная компоновка унифицированных модулейпод установку в корпус (типа крейт) масштабируемого многопроцессорноговычислительного комплекса, которая за счет исполнений модуля более чем вдва раза позволила сократить номенклатуру модулей и в среднем на 25%снизить их себестоимость.9.Внедрение предложенных технических решений позволило на 20%сократить срок реализации многопроцессорных модулей, включающий срокизготовления корпуса для сборки микросхемыизготовлениямодулянаееосноведляпроцессора ипроведениясроккомплексноготестирования аппаратуры и программного обеспечения вычислительныхкомплексов.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
