Контрольная работа №3 (1184240), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Infiniband — высокоскоростная коммутируемая последовательная шина, применяющаяся как для внутренних (внутрисистемных), так и для межсистемных соединений. Описание Infiniband специфицировано, поддержкой и развитием спецификаций занимается InfiniBand Trade Association. Подобно PCI Express, Infiniband использует двунаправленную последовательную шину. Базовая скорость — 2,5 Гбит/с в каждом направлении; в 2006 г. чаще всего применялись Single Data Rate (SDR) каналы 1x, 4x и 12x. Поддерживается также работа с Double Data Rate (DDR, 5 Гбит/с) и Quad Data Rate (QDR, 10 Гбит/с).

Латентность 1.07 – 2.6 мкс. Основное назначение Infiniband — межсерверные соединения, в том числе и для организации RDMA (Remote Direct Memory Access). Топология: коммутируемая с использованием fat tree для больших конфигураций, существующие коммутаторы поддерживают большое количество (>256) портов. Цена оборудования Infiniband умеренная, что позволило построить с его использованием суперкомпьютер System X – один из самых недорогих кластеров в TOP500.

Технология Myrinet еще недавно широко использовалась при построении высокопроизводительных вычислительных кластеров. В июне 2005 года 28.2% суперкомпьютеров из списка TOP500 использовали Myrinet. Но уже в ноябре 2005 года эта цифра уменьшилась до 20.2%, в ноябре 2006 года – 15.8%, а в ноябре 2007 года лишь 3.6% машин использовали Myrinet. К этому моменту 54% задействовали Gigabit Ethernet, а 24.2% – Infiniband. Эксперты полагают, что технологии Infiniband в ближайшее время не удастся по массовости обойти Ethernet. Суперкомпьютер IBM Roadrunner, который возглавляет TOP500 в настоящее время, использует как 10-Gbit/s Ethernet, так и 20-Gbit/s Infiniband.

3. Цели и методы профилирования программ.

Под профилированием понимается один из способов мониторинга, позволяющий следить за выполнением некоторого множества задач (или всей системы) и предоставляющий пользователю информацию о том, как конкретная задача использует процессор (включая распределение времени в задаче). Существует два уровня профилирования: профилирование задачи способом "процедура за процедурой" (procedure-by-procedure) и профилирование системы способом "задача за задачей" (task-by-task). Цель профилирования задачи – выявить наиболее часто исполняемые блоки для последующей их оптимизации. Способ профилирования системы "задача за задачей" служит для сбора информации об активности системы в целом, а именно, какое процессорное время использует каждая задача.

В зависимости от результата профилирования задачи различают плоские профилировщики (flat profiler) и профилировщики графа вызовов (сall-graph profiler). Первые определяют среднее время выполнения функций вне зависимости от контекста выполнения, а также графа вызовов. Вторые, напротив, учитывают граф вызовов, подсчитывая время выполнения и число вызовов для разных путей в графе вызовов.

Существуют несколько методик сбора данных при трассировке:

• Профилировщики, ориентированные на события (event based profilers). Например, профилировщик .NET подключается к среде выполнения CLR и активируется при возникновении тех или иных событий. Профилировщики Java и Python построены по похожему принципу.

• Статистические профилировщики.

  • Некоторые профилировщики просто опрашивают счетчик команд с некоторой частотой. Полученные оценки не очень точны, однако процесс профилирования не влияет на время выполнения профилируемой задачи/процедуры.

  • Другой часто используемый способ сбора информации – встраивание (instrumenting). Оно подразумевает добавление в профилируемый код специального кода, отвечающего за сбор необходимой информации. Для данного способа характерна высокая точность ценой замедления работы анализируемой задачи/процедуры. Встраивание может производиться одним из следующих способов:

    • Ручной: программист самостоятельно добавляет код для подсчета числа вызовов и времени вызовов.

    • С помощью компилятора, когда компилятор добавляет собирающие статистику инструкции на этапе компиляции.

    • Добавление профилирующих инструкций к уже скомпилированному бинарному коду.

    • Встраивание времени выполнения (runtime instrumentation): инструкции добавляются непосредственно перед выполнением кода.

    • “Инъекция” (runtime injection) времени выполнения. Вместо добавления собирающих статистику инструкций в профилируемый код, в него добавляются вызовы функций профилировщика.

Примерами статистических профилировщиков могут служить GNU gprof, AMD CodeAnalyst, Intel VTune.

• Профилировщик также может представлять собой специальную виртуальную машину, в которой исполняется немодифицированный исполняемый код профилируемой программы. Такая виртуальная машина собирает информацию о выполнении профилируемой программы.

4. Применение мультитредовых микропроцессоров в научных вычислениях.

Мультитредовые микропроцессоры как основа для построения высокопроизводительных вычислительных систем находят широкое применение в научных вычислениях. Рассмотрим несколько примеров.

Микропроцессор Cray ThreadStorm работает на частоте 500 Мгц и поддерживает одновременное выполнение 128 нитей, для хранения контекста каждой из которых имеется по 32 регистра. Кэш данных отсутствует. Пиковая производительность
1.5 Гфлопс. К процессору подсоединяется до 8 Гб оперативной памяти. На базе этих процессоров построен суперкомпьютер Cray XMT (Eldorado), число микропроцессоров в котором масштабируется до 8064 (топология – трехмерный тор), что позволяет достичь пиковой производительности 12 ТФлопс. Используется операционная система MTX (Multithreaded UNIX), для которой разработан специализированный оптимизирующий компилятор, нацеленный на использование всей вычислительной мощи системы Eldorado. Cray позиционирует данный суперкомпьютер как идеальное средство для анализа больших неструктурированных объемов данных, что может найти применение в научных и военных вычислениях.

Микропроцессор Cell был разработан альянсом STI (Sony, Toshiba, IBM). Существует несколько модификаций процессора, но архитектура у всех одинакова: в первом приближении Cell можно рассматривать как совокупность четырех компонент: ввод, вывод, основной процессор Power Processing Element (PPE) и 8 сопроцессоров Synergistic Processing Elements (SPE). Компоненты соединены высокоскоростной кольцевой шиной. Процессоры SPE построены по RISC SIMD архитектуре и оптимизированы для вычислений с одинарной точностью, при которых каждый из SPE процессоров развивает пиковую производительность 32 Гфлопс. Мультитредовый процессор PPE построен по архитектуре Power Architecture и выступает в качестве контроллера для восьми SPE. В результате, производительность Cell достигает 256 Гфлопс. Процессоры Cell могут использоваться в качестве основных процессоров в различных устройствах (в частности, игровая приставка Sony Play Station 3 построена на основе Cell), в PCI Express ускорителях научных вычислений для рабочих станций, а также при построении суперкомпьютеров (суперкомпьютер IBM Roadrunner, возглавляющий TOP500 в настоящее время, в сумме использует 12960 процессоров PowerXCell 8i, построенных по архитектуре Cell и оптимизированных для вычислений с двойной точностью, а также 6480 процессоров AMD Opteron).

Микропроцессоры Sun UltraSPARC также поддерживают мультитрединг. Кроме того, они являются многоядерными. UltraSPARC T1 может иметь 4, 6 или 8 ядер, каждое из которых может одновременно выполнять по 4 потока. Частота ядра 1-1.4 Ггц. Ядра могут быть разбиты на группы, при этом каждая группа будет выполнять свои потоки. Каждое ядро Т1 циклически переключается между выполняемым им потоками (концепция barrel processor). При этом, если при выполнении одного из потоков возникает задержка, например кэш-промах, то этот поток исключается из цикла до того момента, когда операция будет завершена. Такой подход к обработке кэш-промахов существенно повышает производительность системы при многопоточных вычислениях. Однако вычислительная мощность ядер сама по себе достаточно низка; кроме того, FPU разделяется между всеми ядрами. Все это делает данную архитектуру пригодной лишь для задач, где имеется большое число относительно простых потоков (желательно с целочисленными вычислениями), например web-серверы, email-серверы, серверы баз данных и т.п. Для научных вычислений UltraSPARC T1 пригоден в меньшей степени. UltraSPARC T2 является развитием T1, в частности, от одного FPU на CPU перешли к одному FPU на ядро. T2 содержит 8 ядер, каждое способно выполнять по 8 потоков. Но общая направленность процессоров на задачи с большим числом относительно простых потоков (интернет-серверы) осталась.

5. Интервальная машинная арифметика в проекте Sun для DARPA.

Интервальная машинная арифметика базируется на интервалах. В отличие от традиционной арифметики с плавающей точкой интервальная арифметика использует интервалы для представления вещественных чисел. Интервал задается своими нижней и верхней границами и представляет набор чисел, заключенных между этими границами. Использование интервальной арифметики позволяет избежать ошибок вычисления, присущих арифметике с плавающей точкой. Длину интервала можно трактовать как возможное отклонение численного представления вещественного числа от самого числа. Использование надлежащим образом определенных операций над числами в интервальном представлении позволяет гарантировать, что настоящий результат операции будет лежать в интервале, полученном после выполнения операции. Благодаря этой особенности интервальной арифметики, она хорошо подходит для задач, где точность результатов имеет критическое значение. Катастрофы, подобные взрыву
ракеты Ариан-5, показали необходимость в безопасных технологиях. Кроме того, последние исследования показали, что интервальная арифметика лучше подходит для некоторых научных задач, например некоторых классов нелинейных задач, которые раньше не представлялось возможным решить с помощью арифметики с плавающей точкой.

В 2003 году компания Sun Microsystems получила от DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США) грант в размере $50 млн. на 3 года на разработку прототипа суперкомпьютера с кодовым названием Hero, оперирующего интервальной арифметикой. В зависимости от характеристик прототипа DARPA должна была принять решение о дальнейшей поддержке проекта. Кроме того, Sun добавила поддержку интервальной арифметики в свои компиляторы.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)