«Микропроцессорные системы автоматизации и управления»
Скачать 68.42 Kb.
|
| Министерство образования и науки РФ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра электронных средств автоматизации и управления (ЭСАУ) РЕФЕРАТ По дисциплине: «Микропроцессорные системы автоматизации и управления» Архитектуры суперкомпьютеров Подготовил студент гр. 531 _______ Жучков А. «___» ________ 2014 г. Проверил доцент кафедры ЭСАУ _______ Шаропин Ю.Б. «___» _________ 2014 г. Томск 2014 Оглавление 1 Введение……………………………………………………………………….3 2 Общие сведения……………………………………………………………….4 3 Система с общей памятью, или многопроцессорная система……………. 4 4 Кластеры…………………………………………………………………….....5 5 Самые мощные в мире суперкомпьютеры …………………………………10 6 Список использованной литературы…………………………………….….11 1 ВведениеСуперкомпью́тер (англ. supercomputer, СуперЭВМ) — вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительныхсерверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи. Суперкомпьютеры используются во всех сферах, где для решения задачи применяется численное моделирование; там, где требуется огромный объём сложных вычислений, обработка большого количества данных в реальном времени, или решение задачи может быть найдено простым перебором множества значений множества исходных параметров. Совершенствование методов численного моделирования происходило одновременно с совершенствованием вычислительных машин: чем сложнее были задачи, тем выше были требования к создаваемым машинам; чем быстрее были машины, тем сложнее были задачи, которые на них можно было решать. Поначалу суперкомпьютеры применялись почти исключительно для оборонных задач: расчёты по ядерному и термоядерному оружию, ядерным реакторам. Потом, по мере совершенствования математического аппарата численного моделирования, развития знаний в других сферах науки — суперкомпьютеры стали применяться и в «мирных» расчётах, создавая новые научные дисциплины, как то: численный прогноз погоды, вычислительная биология и медицина, вычислительная химия, вычислительная гидродинамика, вычислительная лингвистика и проч., — где достижения информатики сливались с достижениями прикладной науки. 2 Общие сведения Существует два подхода при построении современных суперкомпьютеров — системы с общей памятью и так называемые кластеры. Каждый подход не исключает другого, у каждого подхода есть свои достоинства и недостатки. Плюс систем с общей памятью — универсальность модели параллельного ПО, не требующей какого-либо дополнительного кода, или не требующей значительных изменений кода. Плюс кластерных систем — отказоустойчивость и более лучшая масштабируемость. Системы с общей памятью плохо масштабируются при росте числа вычислительных процессоров, кластеры же масштабируются плохо из-за возрастающей сложности сети при добавлении узлов, но это происходит значительно позднее, когда число процессоров измеряется сотнями и даже тысячами. Далее рассмотрим подробнее оба этих подхода. 3 Система с общей памятью, или многопроцессорная система Возможны два варианта построения такой системы: а) Все процессоры имеют равноправный доступ к памяти. Память равноудалена от всех процессоров. Это так называемые SMP (Symmetric Multi-Processing), симметричные процессорные системы.  Рис. 3.1 Как видно из иллюстрации все процессоры связаны с общей памяти через FSB (Front Side Bus). Эта же шина и является узким местом такой архитектуры, поскольку ее пропускная способность должна удовлетворять запросы каждого процессора, даже если они поступают одновременно. б) Каждый процессор имеет свою локальную память и более затратный доступ к памяти других процессоров. Это NUMA системы, или системы с неодинаковым доступом к памяти. В NUMA cистемах каждый процессор имеет локальную память и при правильной привязке процессов к процессорам всегда используется «ближняя» память. Доступ же в дальную память, с соответствующим пенальти происходит только при коммуникации процессов. Если привязки процессов нет, то в результате так называемой «миграции», процесс может быть запущен на другом процессоре и работать со своими данными из дальней памяти. Общая проблема NUMA систем — большое количество линков (связей), возрастающее при увеличении числа процессоров. Для двухпроцессорной NUMA cистемы достаточно одного линка между процессорами:  Рис. 3.2 При добавлении процессоров получается более сложная организация:  Рис. 3.3 Можете представить, что будет для системы с восемью процессорами. Это будет похоже на паутину С давних времен сложилось так что Intel продвигает SMP системы на рынке, а AMD — NUMA. В случае Intel-a связь между процессорами сделана на основе QPI, соответственно для AMD это HyperTransport. Фактически при использовании SMP систем каких-то дополнительных сложностей нет. Все процессоры равны и даже миграция (теряется кэш) не сильно влияет на производительность. В случае NUMA уже порой приходится задумываться о привязке процессов/потоков к определенному процессору (или к любому но намертво). 4 Кластеры Это следующий шаг усложнения. Кластер — это набор узлов, обединенных сетью. Узлы могут быть одинаковые (гомогенные кластеры) или разные (гетерогенные кластеры). Обычно кластер имеет как минимум одну головную ноду (head node) и отдельные узлы для файловой системы. Собственно каждый узел (computation node, нода) внутри может быть небольшой SMP или NUMA системой. В этом нет ничего страшного, практически так стоятся все современные суперкомпьютеры, и есть тенденция к увеличению количества процессоров в одной ноде. Между собой ноды связаны сетью, применяется как Gigabit Ethernet (GigE) или более быстрые сети Infiniband (Mellanox, QLogic), Myrinet или другие пропиетарные интерконнекты и сети. Основные два условия к ПО кластера — обеспечить общий диск между узлами (shared space) и службу удаленного запуска приложений (это может быть telnet, ssh, rshell и т.п). От размера кластера главным образом зависит то, каким будет топология его сети. Небольшие по размеру кластера могут строиться на одном-двух свичах, а для связывания больших кластеров свичи объединяются в несколько уровней. Например, простой вариант, когда количество узлов меньше или равно количеству портов у свича:  Рис. 4.1 Так строится одна стойка кластера. На рисунке показана только вычислительная сеть. В случае объединения двух стоек, можно воспользоваться одним из портов свича для создания связи свич-свич:  Рис. 4.2 При таком варианте обмен между стойками проходит через одну пару портов, что может приводить к замедлению коммуникаций, особенно коллективных. Дальнейший рост сложности сети приводит к многоуровневым схемам построения свичей:  Рис. 4.3 Обычно для крупных систем хватает два уровня. Свичи делятся на Leaf и Spine. Узлы подключаются только к Leaf. Все Leaf связаны между собой через Spine. Вот пример топологии 256-нодового кластера с Infiniband свичем CISCO:  Рис. 4.3 Квадратами обозначаются ноды (по 12 шт в одном квадрате). Эти 12 шт подключены к одному листу (Leaf-у), который в свою очередь соединяется с 12-ю Spine. Такой кластер обеспечивает запуск задачи одновременно на 2048 ядрах или 256 нодах при довольно интенсивном межузловом обмене. 5 Самые мощные в мире суперкомпьютеры Список систем в порядке убывания быстродействия приводится на сайте top500.org. Первое место занял американский суперкомпьютер Titan, созданный при участии компаний Cray и Nvidia. Он находится в Национальной лаборатории Оук-Ридж в штате Теннесси, которая принадлежит министерству энергетики США. В секунду Titan может выполнять 17,59 квадриллиона операций с плавающей точкой, что эквивалентно производительности в 17,59 петафлопс. Titan состоит из 18688 узлов. Он создан на архитектуре гибридного типа: в каждый узел суперкомпьютера входят 16-ядерный процессор AMD Opteron и графический ускоритель Nvidia Tesla K20X. Использование графических процессоров позволяет снизить энергопотребление системы. В большинстве суперкомпьютеров из Top500 используются только центральные процессоры. Titan используют для проектирования энергоэффективных двигателей для транспортных средств, моделирования последствий изменения климата и для изучения биотоплива. Оук-Ридж предоставляет суперкомпьютер в аренду другим исследовательским организациям. Лидер июньского рейтинга Top500, суперкомпьютер Sequoia, тоже принадлежащий министерству энергетики США, занял второе место с результатом в 16,32 петафлопс. В пятерку мощнейших систем вошли японский K computer, американский Mira и немецкий JuQueen. Самым производительным российским суперкомпьютером снова признали систему "Ломоносов", развернутую в МГУ имени М.В. Ломоносова. Она показала результат в 0,9091 петафлопс, заняв 26-ю строчку рейтинга. В июньском рейтинге "Ломоносов" находился на 22-й позиции. Помимо "Ломоносова", в Top500 попали еще семь российских суперкомпьютеров. Рейтинг Top500 обновляется два раза в год - в июне и в ноябре. Быстродействие суперкомпьютеров определяется по результатам теста Linpack. Из пятисот вошедших в рейтинг систем 23 имеют производительность выше 1 петафлопс. 76 процентов суперкомпьютеров основаны на процессорах Intel. 6 Список использованной литературы
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | «Микропроцессорные системы автоматизации и управления» Как известно, сейчас на рынке микроконтроллеров фигурирует не мало наименований производителей данного вида устройств. У каждого... | | Рабочая программа дисциплины «Микропроцессорные системы» «Микропроцессорные системы» по специальности 230101. 65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети |
| Реферат по дисциплине: «Микропроцессорные системы автоматизации и управления» Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых... | | Реферат по дисциплине «Микропроцессорные средства систем автоматизации и управления» Классификация свободных программных средств разработки по для микроконтроллеров 5 |
| Реферат по дисциплине «Микропроцессорные средства систем автоматизации и управления» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Реферат по дисциплине: «Микропроцессорные средства систем автоматизации и управления» И сегодня, аналогично тому, как из класса микропроцессоров выделились микроконтроллеры, сформировался новый класс цифровых микросхем... |
| Реферат по дисциплине: «Микропроцессорные средства систем автоматизации и управления» Основные варианты представления данных об оборудовании, основанные на опыте общения с клиентами. Идеальный Web-ресурс должен давать... |  | Программа подготовки: Электрические аппараты управления и распределения... Для магистерской программы «Электрические аппараты управления и распределения энергии» |
| Тематический план изучения дисциплины (одо) Тема Лекции Тема Введение в курс «Автоматизированные системы управления организацией». Цели и задачи курса. Проблемы автоматизации управления... | | Мгупб Методические указания предназначены для студентов, изучающих курс «Автоматизация технологических процессов и производств» и«Системы... |
| Конспект лекций по дисциплине: «Операционные системы и среды» «Системы баз данных», «Инструментальные средства разработки аппаратно-программных систем», «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»,... | | Программа дисциплины Системы управления документами для направления... В курсе рассматриваются вопросы повышения эффективности автоматизации делопроизводства в организации, включая специфические проблемы,... |
| Проект по созданию системы автоматизации дистанционного образования... Правила приема в Московскую академию предпринимательства при Правительстве Москвы разработаны на основании следующих документов | | Программа Дисциплины «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» Государственное учреждение среднего профессионального и дополнительного образования |
| Реферат Электронные Системы Управления Документооборотом «Системы... Понятие экономической системы, её структура, состав и классификация функций управления и бизнес-процессов 4 | | Исследование систем управления процесс определения организационной... Место исследований систем управления в комплексе дисциплин по теории и практке управления |
