М. М. Мусаев компьютер тизимлари ва тармоқлари

7.4. Модулли ҳисоблаш тизимларининг истиқболли амалга оширилиши

Ҳисоблаш тизимлари, тармоқлари ва уларга асосланган автоматлаштириш воситалари бугунги кунда инсон фаолиятининг деярли ҳамма соҳасида қўлланилади. Аммо охирги йиллар бундай тизимларнинг ривожланиши кризисга учради. Бир тарафдан ҳисоблаш боғламаларининг унумдорлиги, улар билан боғланган ва алоқада бўлган тизимларнинг ўтказиш хусусиятига қараганда жуда тез ошиб бормоқда.

Шунинг учун микропроцессорларни етакчи ишлаб чиқарувчилар кўп ядроли ЎКИС (ўта катта интеграл схема) ярата бошладилар. Бироқ бу йўл унумдорлиги бўйича худди шундай мос бўлган процессор ядроларининг коммутациялаш тизимини талаб қилади, яъни янги коммутация муҳити асосидаги тармоқ технологияларининг муаммоси макро – ва микропоғонада тарқалган.
Ажратилган алоқанинг умумий муҳитли магистрал тизимлар даври кетиб, юқори тезликдаги тармоқ архитектурали янги конвергент модулли тизимлар асри кириб келди, деб таъкидлаш мумкин. Биз “конвергент” атамаси остида локал тармоқларнинг алоҳида ҳисоблаш боғламаларини ўзаро бир – бирига улаб турувчи технологияларини ва битта қурилма доирасида турли хил функционал тизимларнинг коммутациялаш усулларини (модул, субмодул, бугунги кунда эса чипни) тушунамиз.
Анъанавий локал тармоқлар, айниқса ҳақиқий вақт шароитида тақсимланган тизимларда коммуникациялаш муаммосини муваффақиятли ечиш хусусиятига эга эмас.
Аммо модулли тизимларнинг аҳамиятга эга бўлган элементи – бу унинг процессор боғламаларининг коммутация тизими ва боғланишидир. Алоҳида процессор ва компьютер модулларининг ўзаро алоқасини ягона тизим доирасида амалга ошириш айнан унга боғлиқдир. Шунинг учун модулли тизимларнинг архитектураси истиқболларини компьютерли коммуникация муҳитини яратиш усуллари нуқтаи назаридан қараб чиқамиз.
Нисбатан юқори унумдорли модулли тизимларни яратиш кўп функционалли боғламаларни ва ҳатто кристаллдаги кўп процессорли тизимларни ўз ичига олган янги ЎКИС структурасига асосланган. Худди шундай замонавий микроконтроллерлар асосан 8- ва 32-разрядли қурилмалар кўринишидадир (0,5 долларгача).
Бугунги кунда юқори унумдорли ARM – ядроли 32 – разрядли турли хил интерфейсли (SPI, I²C, CAN, USB ва ҳ.о.), flash – хотирали микроконтроллерлар оммавий равишда ишлаб чиқарилмоқда. Баъзи бир микроконтроллерлар ҳатто сигналларга рақамли ишлов бериш учун ихтисослаштирилган қурилмалар (DSP- ядро) билан таъминланган.
Юқори унумдорли ҳисоблаш учун мўлжалланган замонавий процессорларга мисол қилиб IBM компаниясининг икки ядроли POWER6 процессорини келтириш мумкин (7.18-расм). У 65-нм технология бўйича 10 – поғонали мис металлаштириш билан тайёрланган. Кристалл майдони – 341 мм², процессор 790 млн. транзистордан ташкил топган. Тактлаш частотаси – 4,7 ГГц, бу энергияни (100Вт) бир хил истеъмол қилганда, замондошидан (POWER5, 90 нм) икки баробар кўпдир. Бир вақтнинг ўзида ҳар бир ядро 5–7 гача йўриқномани баравар танлаш билан иккита буйруқлар оқимига ишлов беради ва йўриқномалар ва маълумотлар учун 64 Кбайт ҳажмли биринчи даражали кэш – хотирага, ҳамда тез фойдаланишли буферли ҳажми 4 Мбайт бўлган иккинчи даражали кэш – хотирага, иккита ядро билан бўлинадиган учинчи даражали кэш-хотирага (32 Мбайт) эга. Жойлаштирилган SMP-коммутатор (симметрик мультипроцессорли коммутатор) туфайли, POWER6 асосида масштабланадиган 32 тагача ЎКИС POWER6 ни ўз ичига олган SMP-структурани яратиш мумкин.
Intel ва AMD ҳам икки ва тўртта ядроли процессорларни ишлаб чиқаради. Тор500 (www.top500.org) нинг охирги нашридаги (30-чи) энг юқори унумдорли бўлган 500 та ҳисоблаш тизимларининг рўйхатида 215 та тизим Intel EM64T оиласига мансуб бўлган 2 ядроли Xeon 53xx (Clovertown) процессорда, 99 таси Intel нинг 4–ядроли Xeon 53xx (Clovertown) процессорида, 77 таси AMD нинг x86_64 Opteron Dual Core процессорда қурилган, яна битта тизимда 4–ядроли Opteron қўлланилган.
Аммо микропроцессор ЎКИС учун тўртта ядро ҳали чегара эмас. Intel, IBM, PicoChip каби компаниялар мультиядроли процессор тизимларини ишлаб чиқарадилар.

IBM компанияси Sony ва Toshiba компаниялари билан ҳамкорликда (STI бирлашмаси) Cell Broadband Engine (Cell BE) кўп процессорли ЎКИС технологиясини ишлаб чиқди. Cell BE процессори 9 та умумий хотирали процессор элементларини (PE) ва киритиш/чиқариш контроллерини ўз ичига олади (7.19-расм). Ҳамма процессор элементлари бир – бири ва ташқи қурилмалар билан хотиранинг когерентлигини қўллаган ҳолда юқори унумли шиналар орқали боғланган. Процессор элементларидан (РРЕ) бири PowerPC (икки оқимли RISC-процессор) ядросига асосланган. У бошқариш вазифасини амалга оширади. Қолган саккизта процессор бир хил бўлиб, синергетик процессор элементлари (SPE) деб аталади. Улардан ҳар бири ўз таркибида RISC-ядро, 256 Kбайт ТХҚ (ОЗУ) ва 128-разрядли регистрли файлга эга.

Intel компанияси ўзининг Tera-scale Computing технологияси доирасида ҳам кўп ядроли процессорли структурани ривожлантирмоқда. Компания янги архитектура доирасида 80 – ядроли Polaris процессорини яратди. У унумдорликни сурилувчи вергулли сонлар устида секундига триллионтадан ортиқ операцияни (TFlops) бажаришни таъминлайди ва келажакда кўп ядроли процессорларнинг фундаментал технологиясини яратиш учун полигон бўлиб хизмат қилади. Процессор ЎКИС 65 нм технологияси бўйича бажарилган ва 143 мм² майдонли кристаллида 291 млн транзистор жойлаштирилган. Процессор – бу кристаллдаги локал ҳисоблаш тармоғидир. У 8×10 бўлган икки ўлчамли тармоқ билан боғланган ва 4 ГГц частота билан ишловчи 80 та ҳисоблаш боғламаларини бирлаштиради. Ҳар бир боғлама таркибида боғламалар орасида пакетларни узатиб берувчи 5 портли мезохрон интерфейсли маршрутизатор – коммутатор бор. Тармоқ умумий 256 Гбайт/с ўтказиш хусусиятини таъминлайди.