2.12
-сурет. Көпядролы жүйелер архитектурасының нұсқалары
:
а — SMP-жүйелер (Symmetrical Multi Processor systems); б — NUMA-жүйелер (NonUniform
Memory Access systems); в — кластерлер
NUMA-жүйелерін құру SMP қарағанда оңайырақ, бағдарламалық
жабдық дайындау қиынырақ – жадының біртектілігін ескеру қажет.
3.
Көппроцессорлы жүйелер
— кластерлер (2.12-сурет, в).
59
Ортақ қолданыстағы жұмыс станцияларының жинағы (тіпті
болмаса ДК) арзан массивті-параллель компьютер ретінде
қолданылады.
Түйіндердің
байланыстары
үшін
шиналық
архитектура немесе коммутатор базасында стандарт желілік
технологиялардың
(Fast/Gigabit
Ethernet,
Myrinet)
бірі
қолданылады.
Қуаты
немесе
архитектурасы
əр
түрлі
компьютерлерді бір кластерге біріктіргенде гетерогенді (біртексіз)
кластерлер туралы айтылады. Кластердің түйіндері бір уақытта
пайдаланушылық жұмыс станциялары ретінде пайдаланылады.
AMD Opteron 285 (2,6 ГГц) процессорлары базасындағы 2007 ж.
ҒЗЕО ММУ орнатылған Twin 1 кластерінде 24 түйін болады,
олардың əр қайсысында екі процессордан болады. Жалпы файлдық
сақтау орнының көлемі — 1,5 Тбайт, ал əрбір түйінге жедел жады
көлемі 16 Гбайт. Сонымен қатар кластердің жиынтық тұтынылатын
қуаты 15 кВт.
Көптеген жылдар бойы суперкомпьютерлерді жасау ақпараттық
технологиялардың (АТ) авангарды болды, ал микропроцессорлар
саласында прогресс тактілік жиілік мəнінің артуымен теңестіріледі.
Бірақ АТ дамуы болашағы СМР көп ядролы процессорлар
базасындағы архитектуралармен байланысты екенін тəжірибе
көрсетті.
СМР архитектураларының алғашқысы серверлерде пайдалануға
арналған процессорлар болды. Мұндай СМР-да бір төсемде
дəстүрлі процессорлармен салыстырғанда (2.13-сурет, а) тəуелсіз
екі ядро орналастырылады (2.13-сурет, б). Орынды үнемдеуден
басқа ұқсас шешім энергияны біршама үнемдейді, себебі жүйе
техникалық компоненттердің бір бөлігі екі ядроға да ортақ болып
табылады.
Осы схеманың дамуы болып СМР шешімдері (2.13-сурет, в, г)
табылды. Алдымен бастапқы құрылымда жалпы кэш-жады, содан
соң ядролардың əрқайсысы көп ағынды болды.
Екі ядролы процессорлардың жұмыс принциптері 2.14 суреттегі
схемалармен түсіндіріледі, онда шариктер жеке команда, немесе
деректер үлес болып табылады.
Дəстүрлі, бір ядролы процессорда (сур. 2.14, a) процессордың
кіретін жеріне келіп түскен командалар тізбектесіп олардың
орындалуына арналған блоктардан кезектесіп өтеді. Классикалық
түсінікте процессормен жеке команда орындалып жатқанда
қалғандары өз кезектерін күтеді. Орындалу тəртібін өзгертетін,
процессордың
жұмысын
жеделдету
бойынша
əр
түрлі
технологиялар бұл принципті бұзбайды, себебі кіретін жерге келіп
түскен деректер процессордан дəл сол тəртіппен шығуы тиіс.
60
2.13
-сурет
. CMP архитектураларының нұсқалары:
а — дəстүрлі процессор; б — қарапайым көп ядролы архитектура; в — ортақ кэш-жадысы
бар көпядролы архитектура; г — көп ағындық ортақ кэш-жадысы бар көпядролы архитектура
НТ (Hyper-Threading) (сур. 2.14, б) технологиясын қолданған кезде
компьютерде екі логикалық процессор пайда болады, дегенмен
шындығында тек біреу болады. Енді процессор теория жүзінде бірдей
уақытта бірден екі команданы орындай алады немесе деректердің екі үлесі
бірақ белгілі бір шектеулермен өңдей алады. Hyper-Threading
технологиясы заманауи процессорда деректер немесе командалардың
белгілі бір типін ғана өңдейтін 7…9 жеке блоктар болады деген деректі
пайдаланады. Егер бір блок жұмыспен бос болмаса, онда қалғандары
ағымдағы жұмыс аяқталмай жұмыс жасамайды.
61
2.14
-сурет
. Екі ядролы процессордың жұмыс принциптерін анықтайтын схемалар:
а — қарапайым процессор жұмысы; б — HyperThreading технологиясы бар процессордың
жұмысы; в — екі ядролы процессордың жұмысы; г — HyperThreading технологиясы бар екі
ядролы процессордың жұмысы
Сəйкесінше, егер бағдарлама Hyper-Threading технологиясын пайдалану
мүмкіндігін есепке ала отырып жазылса, онда процессор бір уақытта
бірден екі жұмысты орындай алады. Бірақ барлығы олай бола бермейді,
сондықтан Hyper-Threading технологиясын пайдаланудан ұтатынымыз
жеке тапсырмаларда алынады, ал артық операциялардан ұтылу жиі
болады, себебі процессорға үнемі шешіп отыруға тура келеді:
командаларды параллель орындау керек пе, əлде кезекпен орындау керек
пе.
62
Екі ядролы процессорлар (2.14
-сурет
, в) — ол бір кристалда
орналасқан немесе бір корпуста орналасқан екі жеке процессор.
Соған сəйкес екі ядролы процессордың кіретін жеріне командалар
мен деректердің екі жеке ағыны келеді, сондай-ақ жеке шығады.
Бір-біріне өзара əсер етуді екі ядролы процессор ішінде қос ағын
жүргізбейді. Өзгешелікті тек интерфейс схемалары құрайды –
сыртқы ортамен ақпарат алмасу, сондай-ақ кэштің де, бірақ
мұндағы екі процессор ресурстарды пайдалану құқығы мен тəртібі
үшін тек бəсекелеседі.
Егер екі ядролы процессорда əлі де Hyper-Threading
технологиясы ( 2.14
-сурет
, г) болса, онда пайдаланушы бірден төрт
команданы өңдей алатын (процессор ішінде төртке бөлінген екі
ағын) төрт логикалық процессорды көре алады.
Бірнеше
ядроларды
бір
кристалға
қосудың
бірқатар
артықшылықтары бар. Алдымен олар процессорлардың өндірісін
жобалау жəне ұйымдастыру мəселелерінің азаюымен байланысты.
Ол тағы бір тиімді ядро жасап шығаруға, содан соң архитектураны
қажетті жүйелік компоненттермен толықтыра отырып оны қажет
мөлшерде тираждауға мүмкіндік жасайды. Мұндай тұрғының
модульдығы, масштабтылығы болады, ал ең бастысы еңбек
шығындарын азайтады, ол болашақта процессор нарығында күштер
тепе-теңдігін өзгерте алады. Ол бір ядрода транзисторлар санын
арттыру жаңа кристалдарды жобалау мен дайындау кезіндегі
шығындардың
кенет
артуына
əкеліп
соқтыратындығымен
байланысты. Осыған орай іскерлік түрі ең ірі компаниялардың
айрықша құзыреті болуда. Модульдік жобалау кезінде еңбек
шығындары бірыңғай, бірталай күрделі процессорлық ядроны
жобалауға қарағанда өте төмен болады.
Сонымен қатар көп ядролы процессорларға өту энергия
тұтынудың тұрақты артып келе жатқан мəселелерін шешуге
мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта нақты материалдық емес саламен
жұмыс істейтін ақпаратты өңдеу орталықтары энергия тұтыну
деңгейі бойынша өнеркəсіптік кəсіпорындармен теңесті. Кристалға
мысалы, екі ядроны орналастыру кезінде жəне аналогтік бір ядролы
процессорға қарағанда екі есе аз тактілік жиілікте жұмыс істеуін
қамтамасыз еткенде жəне жиынтық сипаттамасына тең болатын
өнімділігі бар осы кристалды монолитті аналогпен салыстырғанда
энергия пайдалану бірнеше есеге азаятыны байқалады, себебі ол
жиілік квадратына пропорционал.
63
Достарыңызбен бөлісу: |
