Параллельные векторные процессоры.ppt

А-13-06

в котором операндами — это процессор, в котором операндами некоторых

команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы — это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы. Отличается от скалярных процессоров — это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы. Отличается от скалярных процессоров, которые могут работать только с одним операндом в единицу времени. Абсолютное большинство процессоров — это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы. Отличается от скалярных процессоров, которые могут работать только с одним операндом в единицу времени. Абсолютное большинство процессоров являются скалярными или близкими к ним. Векторные процессоры были распространены в сфере научных вычислений, где они являлись основой большинства суперкомпьютеров — это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы. Отличается от скалярных процессоров, которые могут работать только с одним операндом в единицу времени. Абсолютное большинство процессоров являются скалярными или близкими к ним. Векторные процессоры были распространены в сфере научных вычислений, где они являлись основой большинства суперкомпьютеров начиная с 1980-х до 1990-х. Но резкое увеличение производительности и активная разработка новых процессоров привели к вытеснению векторных процессоров со сферы повседневных процессоров.
В большинстве современных микропроцессоров имеются векторные расширения, кроме того современные видеокартыВ большинстве современных микропроцессоров имеются векторные расширения, кроме того современные видеокарты и физические ускорителиВ большинстве современных микропроцессоров имеются векторные расширения, кроме того современные видеокарты и физические ускорители можно рассматривать как векторные сопроцессоры

Процессорная плата векторного компьютера Cray YMP

его оказалась настолько удачной, что он положил начало целому семейству

компьютеров. Название этому семейству компьютеров дали два принципа, заложенные в архитектуре процессоров:
конвейерная организация обработки потока команд
введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных.
Длина одновременно обрабатываемых векторов в современных векторных компьютерах составляет, как правило, 128 или 256 элементов. Очевидно, что векторные процессоры должны иметь гораздо более сложную структуру и по сути дела содержать множество арифметических устройств. Основное назначение векторных операций состоит в распараллеливании выполнения операторов цикла, в которых в основном и сосредоточена большая часть вычислительной работы. Для этого циклы подвергаются процедуре векторизации с тем, чтобы они могли реализовываться с использованием векторных команд. Как правило, это выполняется автоматически компиляторами при изготовлении ими исполнимого кода программы. Поэтому векторно-конвейерные компьютеры не требовали какой-то специальной технологии программирования, что и явилось решающим фактором в их успехе на компьютерном рынке. Тем не менее, требовалось соблюдение некоторых правил при написании циклов с тем, чтобы компилятор мог их эффективно векторизовать.

Y-MP C90
Разделяемые ресурсы процессора
Вычислительная секция процессора
Секция управления

процессора
Пиковая производительность CRAY Y-MP C90

векторно-конвейерный компьютер, объединяющий в максимальной конфигурации 16 процессоров, работающих над

общей памятью. Время такта компьютера CRAY Y-MP C90 равно 4.1 нс, что соответствует тактовой частоте почти 250MHz.

процессорами и секцией ввода/вывода. Каждое слово состоит из 80-ти разрядов:

64 для хранения данных и 16 для коррекции ошибок. Для увеличения скорости выборки данных память разделена на множество банков, которые могут работать одновременно.
Каждый процессор имеет доступ к ОП через четыре порта с пропускной способностью два слова за один такт каждый, причем один из портов всегда связан с секций ввода/вывода и по крайней мере один из портов всегда выделен под операцию записи.
В максимальной конфигурации вся память разделена на 8 секций, каждая секция на 8 подсекций, каждая подсекция на 16 банков. Адреса идут с чередованием по каждому из данных параметров:
адрес 0 - в 0-й секции, 0-подсекции, 0-м банке,
адрес 1 - в 1-й секции, 0-подсекции, 0-м банке,
адрес 2 - в 2-й секции, 0-подсекции, 0-м банке,
...
адрес 8 - в 0-й секции, 1-подсекции, 0-м банке,
адрес 9 - в 1-й секции, 1-подсекции, 0-м банке,
...
адрес 63 - в 7-й секции, 7-подсекции, 0-м банке,
адрес 64 - в 0-й секции, 0-подсекции, 1-м банке,
адрес 65 - в 1-й секции, 0-подсекции, 1-м банке,
...
При одновременном обращении к одной и той же секции из разных портов возникает задержка в 1 такт, а при обращении к одной и той же подсекции одной секции задержка варьируется от 1 до 6 тактов. При выборке последовательно расположенных данных или при выборке с любым нечетным шагом конфликтов не возникает.

Low-speed (LOSP) channels - 6 Mbytes/s
High-speed (HISP) channels -

200 Mbytes/s
Very high-speed (VHISP) channels - 1800 Mbytes/s

предназначенные для передачи данных и управляющей информации между процессорами. Регистры

и семафоры разделены на одинаковые группы (кластеры), каждый кластер содержит 8 (32-разрядных) разделяемых адресных (SB) регистра, 8 (64-разрядных) разделяемых скалярных (ST) регистра и 32 однобитовых семафора.

регистров, функциональных устройств (ФУ) и сети коммуникаций. Регистры и ФУ

могут хранить и обрабатывать три типа данных: адреса (A-регистры, B-регистры), скаляры (S-регистры, T-регистры) и вектора (V-регистры).
Регистры
Каждый процессор имеет три набора основных регистров (A, S, V), которые имеют связь как с памятью, так и с ФУ. Для регистров A и S существуют промежуточные наборы регистров B и T, играющие роль буферов для основных регистров.
Адресные регистры: A-регистры, 8 штук по 32 разряда, для хранения и вычисления адресов, индексации, указания величины сдвигов, числа итераций циклов и т.д. B-регистры, 64 штуки по 32 разряда.
Скалярные регистры: S-регистры, 8 штук по 64 разряда, для хранения аргументов и результатов скалярной арифметики, иногда содержат операнд для векторных команд. T-регистры, 64 штуки по 64 разряда. Скалярные регистры используются для выполнения как скалярных, так и векторных команд.
Векторные регистры: V-регистры, 8 штук на 128 64-разрядных слова каждый. Векторные регистры используются только для выполнения векторных команд.
Регистр длины вектора: 8 разрядов.
Регистр маски вектора: 128 разрядов.

буфера команд, откуда они затем выбираются для исполнения. Если необходимой

для исполнения команды нет в буферах команд, то происходит выборка очередного блока.
Команды имеют различный формат и могут занимать 1 пакет (16 разрядов), 2 пакета или 3 пакета (в одном слове 64 разряда, следовательно, в слове содержится 4 пакета). Максимальная длина программы на CRAY C90 равна 1 Гигаслову.

вычисляется так: функциональные устройства выдают два результата каждый такт (сдвоенные

конвейеры), зацепление сложения и умножения дает четыре операции за такт, что составляет почти 1 Гфлопс (109 опер/с). Если работают все 16 процессоров, то 16 Гфлопс.

Six Core 2.6 GHz
224162 ядер (Opteron)
Rmax 1759.00 Tflops
Rpeak 2331.00

Tflops
Третье место в Топ 500
Kraken XT5 - Cray XT5-HE Opteron Six Core 2.6 GHz
98928 (Opteron)
Rmax 831.70 Tflops
Rpeak 1028.85 Tflops