Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации (2002) (1186248), страница 13
Текст из файла (страница 13)
м. В этих ~нкафах размещается 573 Гбайт оперативной и 2250 Гбайт писковой памяти. Масса компьютера составляет около 45 тонн, а пиковое потребление энергии — 850 кВт. В 1998 году японская фирма НЕС Согрогаооп сообщила о создании суперкомпьютеров 5Х-5, выполняющих 4 триллиона Р1.ор5, содержащих 512 процессоров и обеспечивающих общую скорость передачи данных 32 Тбайт(с. Наконец, недавно фирма 1ВМ объявила о разработке нового суперкомпьютера, который будет содержать более миллиона микропроцессоров Репг!цш Н! и иметь быстродействие порядка 10"операций/с. 58 Глава 2. Архитектура информационно-вычислительных систем Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропроцессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд операций/с становится соизмеримым со временем выполнения одной операции.
Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС). Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей, 1. Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или М1$Р Ь(ц!г!р!е 1пэггисйоп 81пй!е Раса). 2.
Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или 81МР— 81пя!е1пзтгцсйоп Мц1йр!е Раса). ПРИМЕЧАНИЕ Принцип 61МР используется и для повышения производительности микропроцессоров — суперскалярные (векторные) МП РепГилп 1П, Репйигл 4, Роттег РС и т. д. 3.
Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных— многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или М1МР— Мо!г!р!е 1пзггцсгьзп Мц!г1р1е Раса). Условные структуры однопроцессорной (818Р) и названных многопроцессорных ВС показаны на рис. 2,13.
В суперкомпьютере используются все три варианта архитектуры МПВС: Р структура М1МР в классическом ее варианте (например, в суперкомпьютере ВЯР фирмы ВиггоцйЬг); гз параллельно-конвейерная модификация, иначе ММ18Р, то есть многопроцессорная(Ми1йр!е) М1ЯР-архитектура(например,в суперкомпьютерах «Эльбрус 3, 4ь); С1 параллельно-векторная модификация, иначе М81МР, то есть многопроцессорная 61МР-архитектура (например, в суперкомпьютере Сгау 2). Наиболыпую эффективность показала М81МР-архитектура, поэтому в современных суперкомпьютерах чаще всего используется именно она (суперкомпьютеры фирм Сгау, Рц)!згп, ЫЕС, НйасЬ1 и т.
д.). Первый суперкомпьютер была задуман в 1960 и создан в 1972 году (машина 1ШАС 1Ч с производительностью 20 МР!оРЯ), а начиная с 1974 года лидерство в разработке суперкомпьютеров захватила фирма Сгау ВезеагсЬ, выпустившая Сгау 1 производительностью 160 МР!оР8 и объемом оперативной памяти 64 Мбайт, а в 1984 году — Сгау 2, в полной мере реализовавший архитектуру МБ1МР и ознаменовавший появление нового поколения суперкомпьютеров. Производительность Сгау 2 — 2000 МР!оР8, объем оперативной Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов 59 памяти — 2 Гбайт.
Классическое соотношение, ибо критерий сбалансированности ресурсов компьютера — «каждому МГ!оРБ производительности процессора должно соответствовать не менее 1 Мбайт оперативной памяти». Результаты Поток данных Результаты Поток данных Поток данных Результаты в Рис. 2.13. условные структуры мпВбч а — структура Вг80 — однопроцессорной суперэВм; б — структура М)80 — конвейерной (магистральной) суперЭВМ; в — структура 8) М0— векторной суперЭВМ; г — структура М)М0 — матричной суперЭВМ В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперкомпьютеров, начиная от простых офисных Сгау ЕЕ до мощных Сгау 3, Сгау 4, Сгау т'-МР С90 фирмы Сгау КезеагсЬ, СуЪег 205 фирмы Солтго! 1)ага, 5Х-3 и БХ-Х фирмы )т)ЕС, ЧР 2000 фирмы Гн))гзн (обе фирмы японские), тгРР 500 фирмы 5!етепз (ФРГ) и т.
д., производительностью несколько десятков тысяч МГ!оР5. Среди лучших суперкомпьютеров можно отметить и отечественные суперкомпьютеры. В сфере производства суперкомпьютеров Россия, пожалуй, впервые, представила собственные оригинальные модели компьютеров (все остальные, включая и ПЭВМ, и малые ЭВМ, и универсальные компьютеры за редким исключением, например, ЭВМ «Рута 110», копировали зарубежные разработки и, в первую очеРель, разработки фирм США).
Глава 2. Архитектура информационно-вычислительных систем ООП8 ООП2 ООП1 ООП1 ООП2 ООП8 1234567 ПР1 ПР2 1234567 ПР16 ПВВ8 ПВВ1 ПВВ2 МК БК ДК МК БК ДК МК БК ДК ВУ МКТ НМД ВУ МКТ НМД ВУ МКТ НМД Условные обозначению ПР— магистральный процессор ООП вЂ” общая оперативная память ПВ — процессор ввода-вывода МК вЂ” медленный канал НМД вЂ” накопители на магнитных дисках. БК вЂ” быстрый канал ДК вЂ” дисковый канал ВУ вЂ” внешние устройства МКТ вЂ” модульные комплексы телеобработки Рис.
2.14. Структурная схема суперкомпьютера «Эльбрус. На рис. 2.14 приведена структура суперкомпьютера «Эльбрус 3», разработанного в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ, Москва). Характеристики суперкомпьютера «Эльбрус Згс В СССР, а позднее в России была разработана и реализуется (сейчас, правда, почти заморожена) государственная программа разработки суперкомпьютеров, В рамках этой программы были разработаны и выпупгеиы такие суперкомпьютеры, как повторяюгпая архитектуру Сгау: «Электроника СС ВИС»; оригинальные разработки: ЕС 1191, ЕС 1195, ЕС 1191.01, ЕС 1191.10, «Эльбрус 1, 2, 3».
Разработка ЕС 1191 с производительностью 1200 МГ!оРВ из-за нехватки средств заморожена; офисные варианты ЕС 1195, ЕС 1191.01 имеют производительность соответственно 50 МГ!ор5 и 500 МГ!оРВ; практически заморожена и разработка ЕС 1191.10 с производительностью 2000 МГ!ор5. вркитектурные особенности вычислительных систем различных классов 61 о производительность 10 000 МГ!оРЗ; о 'разрядность 64 бит (можно работать и с 128-разрядными словами); гз 8 магистральных процессоров по 7 арифметико-логических устройств и 16 Мбайт ' 'оперативной памяти в каждом (итого — 256 Мбайт); о общая оперативная память — 8 блоков по 256 Мбайт (итого 2048 Мбайт); а суммарная емкость оперативной памяти 16 16+ 8 256 = 2304 (Мбайт); о 8 процессоров ввода-вывода, каждый из которых имеет: ° медленный канал; ° быстрый канал; ° дисковый канал для обмена данными, соответственно, с внешними устройствами, модульными комплексами телеобработки и накопителями на магнитных дисках, часто с дисковыми массивами типа КАП).
Используются операционные системы «Эльбрус» и (3!ч1Х, поддерживающие большое число языков программирования; Эль, Фортран, Паскаль, Кобол, Пролог и т. д. Суперкомпьютер «Эльбрус ЗБ» медленно, но продолжает разрабатываться, ожидаемая его производительность — 20 000 МР!оРЗ. Для суперкомпьютера «Эльбрус» разработан один из первых в мире микропроцессор «Эль2К», имеющий Ъ'1.1ЪЪ'-архитектуру. Кластерные суперкомпьютеры Как уже упоминалось выше, в настоящее время развивается технология построения больших и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер. Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные сеРвеРы до тех поР, пока не бУдет полУчен сУпеРкомпьютеР тРеб)1еиььсй.мощности.
Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одйой сйстемой, упрощая управление и повышая надежность. Важг(бй особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сервера к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти. Эта проблема успешно решается, например, объединением систем ЗМР-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием Дисковых систем КА1?) для памяти внешней (ЗМР— З!1агег! Мешогу тц!11Ргосезз)п8, технология мультипроцессирования с разделением памяти). Программное обеспечение для кластерных систем уже выпускается.
Примером может служить компонент С!пзгег Зегчег операционной системы МЗ '1«Г)пбоьтз ХТ/2000 Еп1егрг1хе. Этот компонент, более известный под кодовым названием ЪЧо!(рас)г, обесщечивает как функции управления кластером, так и функции диагностирования сбоев и восстановления (~Чо!(рас)г определяет сбой программы или отказ сервера и автоыатнчески переключает поток вычислений на другие работоспособные серверы).
62 Глава 2. Архитектура информационно-вычислительных систем На конференции Вцрегсоглрцйпй 2000 несколько фирм (1)е!1, ЗопМгсгозузтет, 1ВМ) уже продемонстрировали свои достижения в области суперкомпьютерных кластерных технологий (фирма 1ВМ, например, продемонстрировала модель человеческого сердца, реализованную в кластере серверов Ю/6000). Эта же фирма в 2001 году представила одну из самых мощных кластерных систем ЛБС1%'Мге, содержащую 8192 микропроцессора 1ВМ Рожег 3, основную память емкостью 6 Тбайт, дисковую память емкостью 160 Тбайт; общая производительность кластера 12,5 ТГ!ори (триллионов операций в секунду). Все фирмы отмечают существенное снижение стоимости кластерных систем по сравнению с локальными суперкомпьютерами, обеспечивающими ту же производительность.
Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем; 0 высокая суммарная производительность; а высокаязи1дакность работы системы; а наилучшее соотношение производительность/стоимость; П возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами; а легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов; и удобство управления и контроля работы системы. Вопросы для самопроверки 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
