М. М. Мусаев компьютер тизимлари ва тармоқлари

7.5. Замонавий суперкомпьютерлар

Суперкомпьютерларни яратиш тарихи давлат даражасида ядроли технологиялар масаласини ечиш ва космик фазони тадқиқ қилиш вақтида ярим аср олдин бошланган. Бу қийин ечиладиган ҳисоблаш усулларини қўллаш йўли билан мураккаб жараёнларни моделлаштириш масалаларидир. Бундай ҳисоблаш тизимларини баҳолашнинг асосий мезони тезлик ва максимал унумдорлик эди. Суперкомпьютерлар ўша вақтда ҳам, ҳозир ҳам миллион доллар туради, аммо ечилаётган масаланинг муҳимлиги асосий ролни ўйнади.

Айниқса, индивидуал дастурий таъминотли оригинал схема бўйича тайёрланган биринчи суперкомпьютерлар қиммат турар эди. Улар аввал бошиданоқ аппарат ва дастурий даражада параллел ишлов бериш тамойилига асосланган. Бу МРР (Massively parallel processing) оммавий параллелизм тамойилидир. Масалан, “Cray – 1” (АҚШ) суперкомпьютери 1976 йили чиқарилган бўлиб, сурилувчи вергулли операцияларни 100 млн.оп/с бажаради ва нархи 10 млн.доллардан ортиқдир.
90–йиллар бошида аввал ишчи станцияларда, кейин суперкомпьютерларда қўлланилган тезлиги катта ва арзон бўлган RISC – процессорлар пайдо бўлди. Бундан ташқари, мураккаб ҳисоблаш масалалари билан бир қаторда иқтисод, молия – банк фаолияти, ишлаб чиқаришни бошқариш каби соҳаларда транзакцияларни бошқариш масалаларини ечишга бўлган талаб пайдо бўлди. Суперкомпьютерларда “Power 2” (IBM), “Pentium Pro” (Intel) стандарт процессорлар ишлатила бошлади. Бундан ташқари, суперкомпьютерни тайёрловчи компаниялар кенг тарқалган “AIX”, “Solaris” операцион тизимларни, тармоқ контроллерини ва Ethernet картасини қўллай бошладилар. Стандарт компонентлардан фойдаланиш янги процессорларни ва периферик қурилмаларни қўшиш ҳисобига суперкомпьютерларнинг унумдорлигини ўзгартириш имконини берди. Умуман параллел ишлов бериш тамойили ишлов бериш боғламаларини қўшиш йўли билан ҳисоблаш қувватини ошириш имконини таъминлайди.
Суперкомпьютер техникасининг ҳар хил турларини кўриб чиқамиз.
Биринчи бобда келтирилган Флинн классификациясига мувофиқ, суперкомпьютерларнинг нисбатан кенг тарқалган архитектуралари SIMD (векторли ва вектор - конвейерли) ва MIMD (кўпинча МРР кўринишидаги тизимлар)дир. Уларнинг архитектурасини таҳлил қилингандаги асосий кўрсаткичлари қуйидагилар:
- параллел ишлов беришни ташкил қилиш;
- процессорнинг тури ва кўрсаткичи;
- ҳисоблаш боғламаларининг (процессорларнинг) сони.
Суперкомпьютерларнинг охирги модели нафақат мураккаб жараёнларни моделлаштиришда, балки йирик ҳудудий - бўлиб-бўлиб юборилган ишлаб чиқариш тизимларини бошқариш учун йирик корпоратив тармоқларнинг сервери, қидирув тизимларнинг сервери (маълумотлар базаси) сифатида қўлланилади.
Олдин яратилган баъзи бир моделларни кўриб чиқамиз.
CRAY – C90 суперкомпьютери (АҚШ). CRAY Y-MP C90 – бу максимал конфигурацияда умумий хотира билан ишловчи 16 та процессорни бирлаштирадиган вектор-конвейерли компьютердир. CRAY C90 компьютерининг такт вақти деярли 250 MHz тактлаш частотасига мос бўлган 4.1 нс га тенг.
Процессорнинг ҳисоблаш секцияси.
Ҳамма процессорлар регистрлардан, функционал қурилмалардан (ФҚ), коммуникациялаш тармоқларидан ташкил топган бир хил ҳисоблаш секциясига эга. Регистрлар ва ФҚ маълумотларнинг уч хил турини сақлаши ва ишлов бериши мумкин: манзиллар (A-регистрлар, B-регистрлар), скалярлар (S-регистрлар, T-регистрлар) ва векторлар (V-регистрлар).
Процессорлар орасидаги ўзаро алоқа секцияси.
Процессорлар орасидаги ўзаро алоқа секцияси ўз таркибида процессорлар орасидаги ахборотни бошқарадиган ва маълумотларни узатиш учун мўлжалланган ажратувчи регистрлар ва семафорларга эга. Регистрлар ва семафорлар бир хил гуруҳларга (кластерлар) бўлинган, ҳар бир кластер 8 та (32-разрядли) бўлинувчи манзилли регистрдан (SB), 8 та (64-разрядли) скаляр регистрдан (ST) ва 32 та бир битли семафордан ташкил топган.
Тезкор хотира структураси.
Бу компьютернинг тезкор хотираси (ТХ) ҳамма процессорлар ва киритиш/чиқариш секциялари орасида бўлинади. Ҳар бир сўз 80 та разряддан ташкил топган: 64 таси маълумотларни сақлаш учун ва 16 таси хатоларни тузатиш учун мўлжалланган. Хотира маълумотларни танлаш тезлигини ошириш учун бир вақтнинг ўзида ишлай оладиган кўп банкларга бўлинган.
Ҳар бир процессор ТХдан фойдаланишни ўтказиш хусусияти ҳар бир тактда иккита сўз бўлган тўртта порт орқали амалга оширади, бунда албатта портлардан бири киритиш/чиқариш секцияси билан боғланган бўлиб, ҳеч бўлмаганда портлардан бири ёзиш операцияси учун ажратилган бўлади.
Максимал конфигурацияда бутун хотира 8 та секцияга, ҳар бир секция 8 та нимсекцияга, ҳар бир нимсекция 16 та банкга бўлинган. Манзиллар берилган кўрсаткичлардан навбатма – навбат боради. Буйруқлар ТХдан блок кўринишида олинади ва буйруқлар буферига киритилади, улар у ердан кейин бажаралиш учун олинади. Агар буйруқлар буферида бажарилиши керак бўлган буйруқ бўлмаса, навбатдаги блокни танлаш амалга оширилади.
Буйруқлар турли хил форматга эга бўлиб, 1та пакетни (16 разрядли), 2 та ёки 3 та пакетни (битта сўз 64 разряддан иборат, демак, битта сўзда 4 та пакет) эгаллаши мумкин. CRAY C90 да дастурнинг максимал узунлиги 1 Гига сўзга тенг. Буйруқларни бажаришнинг кўп поғонали конвейерланиши ҳам кўзда тутилган. Процессор томонидан хотирага мурожаат қилиш, буйруқларга ишлов бериш ва кўрсатмаларни бажариш каби бажариладиган ҳамма операциялар конвейер режимида бажарилади.
CRAY C90 нинг энг юқори унумдорлиги.
CRAY Y-MP C90 компьютерининг энг юқори унумдорлиги қуйидагича ҳисобланади: функционал қурилмалар ҳар бир тактда иккита натижа беради (иккиланган конвейерлар), қўшиш ва кўпайтириш бир тактда тўртта операцияни беради, бу деярли 1 Гфлопсни (10⁹ опер/с) ташкил қилади. Агар максимал конфигурацияда ҳамма 16 та процессор ишласа, энг юқори унумдорлик 16 Гфлопсни ташкил қилади.