Архитектуры многопроцессорных вычислительных систем Авторы: Богданов Александр Владимирович Дегтярев Александр Борисович Корхов Владимир Владиславович Мареев Владимир Владимирович Станкова Елена Николаевна
Скачать 1.52 Mb.
|
Шина взаимосвязываемых элементовДанная шина связывает в единую систему PPE, SPE, а также контроллеры MIC и BIC. Она представляет собой четыре концентрических кольца (шириной 128 разрядов на кольцо), проходящих через все элементы Cell. Для уменьшения возникающих шумов одна пара колец передаёт данные в одном направлении, а вторая — в обратном. Данные, проходящие из одного SPE в другой, используют установленные в них специальные буферы/повторители, обеспечивающие беспрерывное движение данных по шине. Передавая по 96 байт за цикл, EIB способна обрабатывать более 100 уникальных запросов. Дизайн EIB был создан специально для возможности дальнейшего масштабирования Cell. Длина маршрута сигнала не изменяется в зависимости от количества SPE. Так как данные путешествуют от одного SPE к другому, увеличение их количества приводит лишь к увеличению времени задержки транспортировки данных от одного элемента Cell к другому. PPE, SPE и EIB представляют собой основу архитектуры Cell. Напомним, что SPE — отдельный процессор с собственным ОЗУ. Поэтому SPE выполняет свои собственные инструкции. Синергический процессорный элемент является подчинённым POWER-процессора, выполняя те задачи, которые на него возложит PPE. Тем не менее, работают они параллельно. Контроллер интерфейса памятиДля непрерывного обеспечения PPE и SPE данными необходима память с очень высокой пропускной способностью. Разработчики PlayStation 2, Sony и Toshiba, решили использовать Direct RDRAM в консоли. Двухканальная память XDR RAM, ранее носившая кодовое название Yellowstone, используемая с Cell, обеспечивает суммарную пропускную способность в 25,2 Гбайт/с. В подсистеме памяти каждый канал способен обслуживать до 36 чипов памяти, соединённых одними шинами команд (ШК) и данных (ШД). ШД каждого чипа подключается к контроллеру памяти через набор двунаправленных соединений типа «точка-точка». Сигналы передаются по ШК и ШД со скоростью 800 Мбит/с. Скорость передачи интерфейса «точка-точка» составляет 3,2 Гбит/с. При использовании устройств с разрядностью ШД 16 бит каждый канал XDR RAM может обеспечивать максимальную пропускную способность в 102,4 Гбит/с. Поэтому контроллер памяти текущей версии процессора Cell, использующего двухканальную память XDR RAM и 4 чипа памяти, обеспечивает пропускную способность в 25,2 Гбайт/с. К сожалению, чипы XDR RAM, в данный момент доступные на рынке, обладают ёмкостью лишь 512 Мбит, так что максимальный объём RAM в системе на базе Cell не может превышать 256 Мбайт. К счастью микросхемы памяти XDR RAM могут быть сконфигурированы таким образом, что 36 чипов будут подключены к одному 36-битному каналу. В такой конфигурации двухканальная XDR RAM может поддерживать до 32 Гбайт памяти (512 Мбит чипы) с коррекцией ошибок (ECC). Контроллер интерфейса шины ввода/выводаВторой технологией, лицензированной STI, является интерфейс высокоскоростной шины Flex I/O (ранее носившей кодовое название Redwood), применённый в BIC. Flex I/O состоит из 12-байтных каналов (разрядностью 8 бит каждый). Шина использует 96 дифференцированных сигнальных пар для достижения пропускной способности в 6,4 Гбайт/с по одному каналу. Конфигурация канала асимметрична: 7 байт отводится на передачу, а 5 байт — на приём. Благодаря этому пропускная способность 12-битной пары составляет 44,8 Гбайт/с на передачу и 32 Гбайт/с на приём. В результате суммарная пропускная способность шины ввода/вывода составляет 76,8 Гбайт/с. Во Flex I/O реализованы две интересные технологии — FlexPhase и DRSL (Differential Rambus Signaling Level, дословно — дифференциальный уровень сигналов Rambus). Вполне возможно, что с распространением Cell и XDR RAM, и Flex I/O перекочуют в персональные компьютеры, дав компании Rambus второй шанс на этом рынке. Трудности Есть предположения, что Cell, как и Emotion Engine, будет очень трудно программировать. Обеспечение одновременной работы, по сути, девяти процессоров сведёт на нет все технические достоинства нового чипа. Однако IBM довольно долгое время работает над средствами разработки программ для Cell. На данный момент SDK представляет собой широко распространенный компилятор GCC, обогащённый макросами для копирования информации между SPE и памятью (как локальной самого SPE, так и оперативной). Кроме того, в состав пакета будут входить специальные алгоритмы, распределяющие задачи между SPE, и облегчающие тем самым перенос приложений из других архитектур/операционных систем. Разработка SDK продолжается, и к моменту выхода Cell должна быть полностью завершена. Процессор SUN UltraSPARC T1 Архитектура SUN UltraSPARC Процессорная архитектура SPARC (Scalable Processor Architecture) компании Sun Microsystems является одной из распространённых среди RISC-систем. Первоначально архитектура SPARC была разработана с целью упрощения реализации 32-х разрядного процессора. Впоследствии, по мере улучшения технологии изготовления интегральных схем, она постепенно развивалась, и сегодня существует 64-х разрядная версия этой архитектуры (SPARC-V9), которая положена в основу семейства микропроцессоров, получивших название UltraSPARC. Первый процессор SPARC был изготовлен компанией Fujitsu на базе вентильной матрицы, работающей на частоте 16,67 МГц. На основе этого процессора осенью 1987 года была создана первая рабочая станция Sun-4 с заявленной производительностью в 10 MIPS. До этого времени компания Sun использовала в своих изделиях микропроцессоры Motorola 680X0. В марте 1988 года Fujitsu увеличила тактовую частоту до 25 МГц, создав процессор с производительностью15 MIPS. В дальнейшем тактовая частота процессоров SPARC была повышена до 40 МГц, а производительность до 28 MIPS. Дальнейшее увеличение производительности процессоров с архитектурой SPARC было достигнуто за счет реализации в кристаллах суперскалярной обработки компаниями Texas Instruments и Cypress. Процессор SuperSPARC компании Texas Instruments стал основой серии рабочих станций и серверов SPARCstation/SPARCserver 10 и 20. В зависимости от набора команд он обеспечивал выдачу до трёх команд за один машинный такт. Процессор SuperSPARC имел сбалансированную производительность на операциях с фиксированной и плавающей запятой, внутренний кэш ёмкостью 36 Кбайт (20С кэш команд и 16С кэш данных), раздельные конвейеры целочисленной и вещественной арифметики и при тактовой частоте 75 МГц обеспечивал производительность около 205 MIPS. Компания Texas Instruments разработала также процессор MicroSPARC с встроенным кэшем ёмкостью 6 Кбайт с производительностью 50 МГц, который ранее широко использовался в моделях рабочих станций SPARCclassic и LX. Затем Sun совместно с Fujitsu создали новую версию кристалла MicroSPARC II с встроенным кэшем ёмкостью 24 Кбайт. На его основе построены рабочие станции и серверы SPARCstation/SPARCserver4 и 5, работающие на частоте 70, 85 и 110 МГц. Процессор MicroSPARC II с тактовой частотой 110 МГц использовался в рабочих станциях и серверах SPARCstation 4 и 5. В конце 1994 и в течение1995 года на рынке появились микропроцессоры hyperSPARC и однопроцессорные и многопроцессорные рабочие станции SPARCstation 20 с тактовой частотой процессора 100, 125 и 150 МГц. К середине 1995 года тактовая частота процессоров SuperSPARC была доведена до 85 МГц (60, 75 и 85 МГц версии этого процессора применяются сегодня в рабочих станциях и серверах SPARCstation 20, SPARCserver1000, SPARCcenter 2000 и 64-процессорном сервере компании Cray Research). Затем появились 64-х разрядные процессоры UltraSPARC-I с тактовой частотой 143, 167 и 200 МГц, процессоры UltraSPARC-II с тактовой частотой от 250 до 300 МГц, процессоры UltraSPARC-III с частотой до 500 МГц. Процессор UltraSparc T1 Компания Sun Microsystems 14 ноября 2005 года сообщила о разработке процессоров нового поколения, которые отличаются отличными показателями производительности в пересчете на 1 Вт потребляемой энергии. Новый процессор получил обозначение UltraSparc T1, ранее известный под кодовым названием Niagara. Процессор планировалось использовать в серверных системах, выполняющих большой объём операций, наподобие сервисов Google и eBay. Микропроцессор UltraSPARC T1 был разработан в результате пятилетней работы инженеров Sun в области разработки многоядерных и многопоточных процессоров. В процессоре реализована технология CoolThreads, благодаря которой энергопотребление кристалла составляет от 72 до 79 Вт. Для сравнения, большинство современных многоядерных процессоров, в том числе, Intel Xeon, IBM PowerPC и AMD, по данным Sun, потребляют от 150 до 200 Вт. Процессор UltraSparc T1 поддерживает работу с операционной системой Sun Solaris 10. Уже ведутся работы над процессором Niagara 2 и чипом с кодовым названием Rock, в котором число потоков ядра будет уменьшено. Выпуск Niagara 2 и Rock запланирован на 2008 год. Основные технические характеристики UltraSPARC T1
Процессор UltraSPARC T1 состоит из восьми ядер, каждое из которых способно параллельно обрабатывать четыре потока, так что каждый чип может работать с 32 параллельными потоками, что чрезвычайно важно для таких типов приложений, как базы данных или поиск в интернете. Разработчики утверждают, что технологии, использованные в новинке, позволяют вдвое сократить число веб-серверов во всем мире. Экономия на электроэнергии, по расчётам Sun, составит порядка 14 миллиардов долларов США в год. Изначально низкое энергопотребление достигнуто в UltraSPARC T1 весьма простым способом: тактовой частотой, которая составляет всего 1,2 ГГц. Вместе с тем и архитектура чипа претерпела изменения в русле последних тенденций: почти вся кэш-память сервера, системная память и элементы ввода/вывода встроены непосредственно в сам процессор. По существу, UltraSPARC T1 представляет собой один из первых в мире полноценных серверов на одном чипе. Помимо снижения энергопотребления и тепловыделения, такая архитектура существенно упрощает конструирование самих серверов и позволяет достичь высокого уровня производительности при сохранении компактных размеров. Впервые в конструкции микропроцессоров в UltraSPARC T1 встроены четыре контроллера памяти, обеспечивающие обмен данными между оперативной памятью и вычислительными ядрами. Такая схема позволяет добиться максимально возможной скорости передачи информации между памятью и ядрами. Снижение латентности памяти, в свою очередь, ведёт к снижению энергопотребления. В массовых, настольных процессорах встроенные контроллеры оперативной памяти используются в процессорах AMD Athlon 64. Коммуникационная система также встроена в процессор, что сводит к минимуму длины проводников, повышает производительность и снижает энергопотребление. Многие микропроцессоры в состоянии простоя потребляют почти столько же энергии, как и при работе с максимальной нагрузкой, поэтому тепловыделение этих чипов практически не снижается и электроэнергия расходуется неэффективно. Серверы на основе UltraSPARC T1 не требуют большого количества массивных и громоздких систем охлаждения, как серверы на процессорах традиционной конструкции. По некоторым данных, порядка 80% всех современных центров обработки и хранения данных не могут расширяться из-за проблем, связанных с электропитанием и охлаждением, а порядка 40% центров данных сталкиваются с необходимостью усовершенствования систем охлаждения. Эксперты отмечают, что за последние пять лет бурного развития Интернета, тепловыделение оборудования центров обработки данных выросло в четыре раза. Процессор UltraSPARC T1 рассчитан именно на центры данных, работающие как у провайдеров телекоммуникационных и прочих услуг, так и в областях производства, финансов, розничной торговли, энергетики, образования и здравоохранения. Среди приложений, на которые рассчитана новинка, объединённые веб-серверы, серверы Java-приложений и виртуальные Java-машины, инфраструктурные сервисы, а также на деловые системы ERP и CRM. Новые чипы входят в состав обновленных серверов семейства Sun Fire: Sun Fire T1000 и Sun Fire T2000, которые работают под управлением операционной системы Solaris 10. Основные особенности серверов таковы. Для Sun Fire T1000:
Для Sun Fire T2000:
В настоящее время ведутся работы над процессором Niagara 2 и чипом с кодовым названием Rock, в котором число потоков ядра будет уменьшено. Выпуск Niagara 2 и Rock запланирован на 2008 год. Процессор UltraSPARC IV+ В начале 2004 г. Sun Microsystems выпустила оснащённый двумя ядрами процессор UltraSparc IV для серверов Sun Fire V, а в сентябре 2005 года компания Sun Microsystems представила новый процессор UltraSparc IV+, первоначально имевший кодовое обозначение Panther. Этот процессор на базе технологии Chip Multithreading (многопотоковость на кристалле) является первым процессором компании, произведенным по 90-нм технологическому процессу, благодаря чему удалось разместить на кристалле дополнительные элементы, такие как кэш-память второго уровня. Работает процессор на частоте 1,5 ГГц, хотя первоначально Sun заявляла о 1,8 ГГц рабочей частоте UltraSparc IV+. Процессор UltraSPARC IV+ представляет собой второе поколение развивающейся двухъядерной архитектуры Sun и позволяет одновременно выполнять несколько инструкций или потоков команд, что значительно увеличивает производительность системы. Новое устройство впятеро производительнее своего предшественника UltraSparc III, и вдвое выше 130-нм UltraSparc IV. Важнейшим усовершенствованием нового процессора является перенос кэш-памяти второго уровня в чип, а также добавление внешней кэш-памяти третьего уровня. Объем кэш-памяти второго уровня составляет 2 Мбайт, а кэш-памяти третьего уровня — 32 Мбайт. Sun Microsystems, помимо нового процессора представила также и серверные системы на его основе — Sun Fire V490, V890, E2900, E4900 и E6900. Процессор UltraSPARC IV+ обеспечивает двоичную совместимость с предыдущими поколениями процессоров архитуктуры SPARC. Новые процессоры могут устанавливаться в существующие системы семейства Sun Fire и работать вместе с уже ранее установленными в системе процессорами UltraSPACR IV и UltraSPACR III. Основа системы не изменится, может потребоваться только замена блока питания или системы охлаждения. Девятнадцатого марта 2006 года объявили, что по результатам теста SPEC Java Business (SPECjbb2005) Sun Fire E25K на базе процессоров UltraSPARC IV+ установил мировой рекорд производительности (более 1,16 миллионов бизнес-операций в секунду). Новый рекорд производительности был поставлен при работе на платформе Java Platform Standard Edition 5.0_06 с поддержкой технологии Java HotSpot Virtual Machine2. Это уже 14-й мировой рекорд, установленный серверами на базе процессоров UltraSPARC IV+ всего через 6 месяцев после выпуска. Тест SPECjbb2005 используется для анализа масштабируемости платформы производителя при выполнении приложений Java. Результаты были получены при выполнении ПО Java HotSpot 32-Bit Server VM on Solaris, версии 1.5.0_06 под управлением ОС Solaris 10. Эталонный тест SPECjbb2005 (Java Business Benchmark) измеряет производительность Java-приложений на стороне сервера путем обработки заказов в системе оптовых поставок. В ходе выполнения теста измеряется также производительность процессоров, кэш-памяти, иерархии запоминающих устройств и масштабируемость многопроцессорных систем с разделением памяти. Представленные результаты выражены в следующих единицах: количество бизнес-операций в секунду (bops, Business Operations per Second) и количество бизнес-операций в секунду в расчете на одному виртуальную Java-машину (bops/Java Virtual Machine). Подобно UltraSPARC IV, новый процессор имеет два ядра, интегрированных на одном кристалле. Однако интерфейс памяти у него изменился: UltraSPARC IV+ поддерживают память DDR DRAM, тогда как прежние варианты кристаллов работают с менее скоростной памятью SDRAM. Кроме новых функций увеличения производительности, процессор UltraSPARC IV+ имеет значительно более высокую тактовую частоту, что обеспечивает наивысшую пропускную способность по сравнению с другими моделями процессоров UltraSPARC. По сравнению с UltraSPARC IV производительность каждого потока выросла примерно вдвое. В то же время наличие целого ряда средств повышения надежности, работоспособности и удобства обслуживания позволяет назвать этот процессор самым надежным среди всех моделей UltraSPARC. Так же, как процессор UltraSPARC IV, новый UltraSPARC IV+ обеспечивает двоичную совместимость с предыдущими поколениями процессоров архитектуры SPARC. Благодаря этому, пользователи сохранят инвестиции в средства разработки и прикладное ПО. Кроме того, пользователям будет легко модернизировать существующие системы, повысив их производительность и надёжность, новые процессоры могут устанавливаться в существующие системы семейства Sun Fire и работать вместе с уже установленными в системе процессорами UltraSPARC IV и UltraSPARC III. Основа системы не изменится, может потребоваться только замена блока питания или системы охлаждения. |
Похожие:
 | Выпускной вечер 2004г Владимир Жириновский, Ирина Хакамада и Владимир Владимирович Путин с супругой …не приехали. Но только сегодня и только для вас у... | | Прокопьев Валерий Викторович Методист: Гончаров Владимир Борисович... Образовательная – дать преставление о составе программного обеспечения компьютера |
| Реферат Вячеслав Геннадьевич, Богославский Дмитрий Дмитриевич, Бодягин Владимир Михайлович, Бодягин Андрей Владимирович, Волков Сергей Денисович,... | | К статьям журнала «Компьютерная оптика» Юрий Владимирович Микляев3 (доцент, e-mail: ), Владимир Евгеньевич Дмитриенко4 (ведущий научный сотрудник, e-mail: ), Владимир Сергеевич... |
| Президентская программа подготовки управленческих кадров для организаций... Авторский коллектив: Владилен Быстров, Александр Кобышев, Евгений Кобышев, Александр Козлов, Владимир Лысков-Штреве | | Урок на тему: «Ансамблевое музицирование в классе баяна, аккордеона» Проводит лауреат Международных конкурсов, преподаватель рам им. Гнесиных селиванов александр Владимирович |
| Директор школы: Передвигин Владимир Владимирович Приоритетные цели и задачи развития школы, деятельность по их решению в отчетный период 20 | | Программа дисциплины Безопасность жизнедеятельности для направления... Автор программы: к т н., доцент кафедры физического воспитания Полшков Александр Владимирович |
| Общественного объединения «белорусский республиканский союз молодежи»... Координатор конференции – Председатель Совета молодых ученых нан беларуси Казбанов Владимир Владимирович | | Комаров владимир борисович (10. 05. 1890 08. 10. 1971) Комаров Владимир... Цели и задачи дисциплины: Дать студентам представление о принципах формирования компьютерного изображения, работы с фото и видео... |
| Урок физики в 7 классе по теме «Давление газов, жидкостей и твердых тел» Разработал учитель физики мбоу «Ладомировская сош» Ломакин Александр Владимирович | | Боб Фьюсел Александр Владимирович Лихач Супермозг. Тренинг памяти, внимания и речи ... |
 | Владимира Владимировича Набокова 1899-1977 Набо́ков владимир Владимирович (12 (24) апреля 1899, Петербург — 3 июля 1977, Монтре, Швейцария), русский и американский писатель;... | | Александр Александрович Бушков Владимир Путин. Полковник, ставший капитаном I. порядок применения правил землепользования и застройки городского округа лыткарино и внесения в них изменений |
| Тема: Разработка автоматизированного программного комплекса управления... Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта» | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Аббакумов Сергей, Чехлов Александр, Шайдуров Владимир, мбоу инженерный лицей нгту, г. Новосибирск |
