| Текущая версия |
Ваш текст |
| Строка 1: |
Строка 1: |
| - | [[Параллельная Обработка Данных, 07 лекция (от 16 октября)|Предыдущая лекция]] | [[Параллельная Обработка Данных, 09 лекция (от 30 октября)|Следующая лекция]]
| + | == From Ebaums Inc to MurkLoar. == |
| - | | + | We at EbaumsWorld consider you as disgrace of human race. |
| - | ==Векторно-конвейерные компьютеры== | + | Your faggotry level exceeded any imaginable levels, and therefore we have to inform you that your pitiful resourse should be annihilated. |
| - | Машины интересные по многим причинам. Первые машины с которыми стало ассоциироваться понятие суперкомпьютер.
| + | Dig yourself a grave - you will need it. |
| - | 1976 год Cray Research выпускает первый компьютер относящийся к этому классу -- Cray 1. Выпускались машины до начала 90 годов. Они были чрезвычайно дороги, как все уникальное. Им приходилось бороться с массовой продукцией. Коэффициент производительность/стоимость был не в пользу векторных машин. Мало кто смотрел на то, что использовать другие машины неудобней, писать программы для них сложнее.. Про эти машины забыли, вспоминали их только пользователи, которые с ними общались - писать программы для них было удовольствием. Мы уже говорили что бывает пиковая, а бывает реальная производительность, и этот разрыв для современных машин огромен. Векторные машины позволяют написать программы с 70- 50 % эффективности, то есть они позволяют реально сократить это разрыв. В то время как у современных машин -- 10 процентов.
| + | |
| - | С направлением распрощались, но было ожидание возвращения. Оно и вернулось, в 2002 году. Японская фирма NEC выпустила EarthSimulator. Там была смесь технологий, но каждый элементарный процессор был векторным. 3 года подряд EarthSimulator занимал первое место в топ500, сейчас он в районе 15 места.
| + | |
| - | Посмотрим все это на примере компьютера Cray c90.
| + | |
| - | Понятия:
| + | |
| - | *Функциональное устройство
| + | |
| - | **скалярное
| + | |
| - | **конвейерное (операция делится на несколько микроопераций, кол-во микроопераций == число ступенек, конвейер по ступенькам)
| + | |
| - | *команда
| + | |
| - | **скалярная(если все аргументы скаляры)
| + | |
| - | **векторная(например,сложить все элементы массива x с числом b)
| + | |
| - | **векторный
| + | |
| - | *компьютер
| + | |
| - | **конвейерный
| + | |
| - | **векторный
| + | |
| - | **скалярный
| + | |
| - | | + | |
| - | ===CRAY C90===
| + | |
| - | Такт 4.1 нс, это примерно 250 MHz.
| + | |
| - | До 16 процессоров, честное SMP.
| + | |
| - | Взаимодействие с памятью -- узкое место. Устройство памяти должно быть нетривиальным. Так оно и есть.
| + | |
| - | В максимальной конфигурации память делится на 8 секций, каждая секция делится на 8 подсекций. Каждая подсекция делится на 16 банков.
| + | |
| - | Меняются сначала секция, потом подсекция, потом банк.
| + | |
| - | адрес 0 == 0 0 0
| + | |
| - | адрес 1 == 1 0 0
| + | |
| - | 2 = 2 0 0
| + | |
| - | 7 = 7 0 0
| + | |
| - | 8 = 0 1 0
| + | |
| - | | + | |
| - | 63 = 7 7 0
| + | |
| - | 64 = 7 7 1
| + | |
| - | | + | |
| - | Последовательная выборка.Если на разных тактах обращение к разным секциям конфликтов не возникает. При доступе в одну и ту же секцию конфликт решается задержкой в 1 такт.
| + | |
| - | Одна и та же секция, одна и та же подсекция -- до 6 тактов для разрешения конфликтов.
| + | |
| - | | + | |
| - | Если выборка
| + | |
| - | *с шагом 1 - нет задержек
| + | |
| - | *с нечетным шагом - опять нет конфликтов
| + | |
| - | Максимальная задержка для решения конфликта при совпадении секции и подсекции(шаг кратен 64).
| + | |
| - | Сделав хитрую схему мы добились того, что при наиболее распространенном шаге(1) задержки не происходит.
| + | |
| - | Теперь о процессорах. Каждый процессор связан с памятью 4 независимыми каналами. Один канал всегда отдается на ввод-вывод, один должен всегда быть направлен на запись в память.
| + | |
| - | Секция межпроцессорного взаимодействия -- набор семафоров, адресных и скалярных регистров.
| + | |
| - | Секция ввода-вывода.
| + | |
| - | ====Как устроен отдельный процессор?====
| + | |
| - | *регистровая структура
| + | |
| - | **Основной набор(только с них могут брать данные функциональные устройства)
| + | |
| - | ***Регистры А(адресные), 32 разряда, 8 штук, предназначены для адресной арифметики
| + | |
| - | ***Регистры S, скалярные, 64 разряда, 8 штук
| + | |
| - | ***Регистры V, векторные. Каждый регистр может хранить вектор целиком. Он 64 разрядный, но может хранить 128 элементов. И таких регистров может быть 8 штук.
| + | |
| - | **Вспомогательный набор
| + | |
| - | ***регистры группы B(адресные), 32 разр, 64 штуки -- вспомогательные к группе А.
| + | |
| - | ***регистры группы Т, 64 разр., 64 штуки -- вспомогательные к группе S.
| + | |
| - | **Есть два дополнительных регистра
| + | |
| - | ***регистр длины вектора(сколько реально от вектора надо обработать, может не все 128)
| + | |
| - | ***регистра маски вектора(какие элементы в векторе нужно обрабтывать, какие нет)
| + | |
| - | *функциональные устройства.
| + | |
| - | **конвейерные
| + | |
| - | **независимые
| + | |
| - | ступень -- 1 такт. число ступеней может быть разным.
| + | |
| - | 4 группы фу
| + | |
| - | **адресные:Их всегда два.Работают с целочисленными 32 разрядными. Только скалярные операции.
| + | |
| - | **скалярные: 4, 64 разр, выполняют скалярные операции. Сложение, умножение, логика. Выполняют только скалярные операции
| + | |
| - | **Векторные фу. Их число меняется в зависимости конфигурации, где-то 5-7. Выполняют только векторные операции, целочисленные и логические. Вещественная обработка сюда не входит
| + | |
| - | **ус-ва для работы с вещественной арифметикой:3(сложение/вычитание, умножение, обратная величина), 64 разр.
| + | |
| - | | + | |
| - | Разнообразие устройств большое, соответственно и команды разнообразны. Только команд сложения 5(для 32 разрядов на адресных фу, для 64 на скалярных итд)
| + | |
| - | Внутри каждого фу, которое выполняет векторную команду скрыты два конвейера, которые могут работать параллельно. Четные элементы идут на нулевой конвейер, нечетные на первый конвейер. "Бесплатно" получаем удвоение производительности. Пустячок, а приятно.
| + | |
| - | Еще одна особенность -- аи = би + ци*с.
| + | |
| - | Сколько тактов?
| + | |
| - | По тупому, сначала умножить, потом сложить.
| + | |
| - | Сначала вычислим все что потребуется для умножения. л* -- заполняем конвейер. То есть л* + н - 1. Можно приступать к сложению. + (л_+) + н -1 тактов. Режим неоптимальный. Чтобы этого избегать реализована возможность зацепления функциональных устройств -- выход какого-либо фу сразу подается на вход другого фу. В таком режиме : л*+(л_+) + н - 1. Почти все подсистемы могут работать в таком режиме "макроконвейера".
| + | |
| - | | + | |
| - | | + | |
| - | Выпишем все элементы параллелизма, которые мы упоминали
| + | |
| - | *конвейерные фу
| + | |
| - | *независимые фу
| + | |
| - | *векторная обработка(разница во времени с скалярным режимом может достигать 10 раз)
| + | |
| - | *дублирование конвейеров в векторных командах
| + | |
| - | *зацепление фу
| + | |
| - | *до 16 процессоров
| + | |
| - | | + | |
| - | Посчитаем пиковую производительность вещественной арифметики.
| + | |
| - | 3 штуки фу. Деление и взятие обратного элемента используются относительно редко, поэтому организуем режим с максимальной загрузкой +,-,*. Ну возьмем как раз аи = би + ци*с.
| + | |
| - | 1 такт:4 операции за такт выдают фу.
| + | |
| - | учитывая 4 нс, получаем примерно 1 ГФлопс. Это пиковая производительность каждого процессора.
| + | |
| - | Всего получаем 16Гфлопс.
| + | |
| - | Для начала 90 это была фантастическая производительность.
| + | |
| - | | + | |
| - | Попытаемся понять, что в этой схеме мешает приблизиться к пиковой производительности.
| + | |
| - | Выпишем список мешающих причин:
| + | |
| - | *Векторизация программы - у нас есть программа на какомто языке высокого уровня.Чтобы она эффективно исполнялась надо использовать векторные фу. Компилятор в некоторых случаях может сообразить, что можно использовать векторную команду. Но для этого должно быть выполнено минимум два условия -- должны быть векторы данных(из линейной память выбираются данные с одинаковым шагом одинакового типа--строки и столбцы многомерных массивов, диагональ многомерного массива(с шагом н+1), а вот под диагональные элементы уже вектором не будут, матрица целиком -- тоже вектор) и над ними должны выполняться независимые однотипные операции(сложный момент. однотипность - над всеми элементами надо запускать одну и ту же операцию.независимость. a[i] = a[i]+b[i] -- все хорошо. а вот a[i] = a[i-1]+b[i]- ситуация на порядок хуже, векторизовать нельзя)
| + | |
| - | | + | |
| - | {{Параллельная Обработка Данных}}
| + | |
| - | {{Lection-stub}}
| + | |
