Paralelný počítač s architektúrou budúcnosti

Na ško­le A. Ja­mes Clark School prid­ru­že­nej ku Uni­ver­si­ty of Ma­ry­land po­čí­ta­čo­ví in­ži­nie­ri vy­vi­nu­li pro­to­typ po­čí­ta­ča, kto­rý sa mož­no sta­ne zá­kla­dom pre ďal­šiu ge­ne­rá­ciu osob­ných po­čí­ta­čov. Je­ho ma­sív­ne pa­ra­lel­ná ar­chi­tek­tú­ra mu do­vo­ľu­je do­siah­nuť vý­poč­to­vé rých­los­ti až 100× väč­šie, než ma­jú sú­čas­né des­kto­po­vé po­čí­ta­če. Je­ho zá­kla­dom je in­teg­ro­va­ná dos­ka, na kto­rej sa na­chá­dza 64 pa­ra­lel­ných pro­ce­so­rov. Ved­ci tú­to ar­chi­tek­tú­ru na­zý­va­jú eXpli­cit Mul­ti-Threa­ding (XMT).

Pa­ra­lel­né vý­poč­to­vé stro­je za­lo­že­né na pre­po­je­ní množ­stva mik­ro­či­pov bo­li pri konštruo­va­ní su­per­po­čí­ta­čov pou­ží­va­né už pred rok­mi. Ap­li­ká­cia tej­to konštruk­čnej ar­chi­tek­tú­ry bo­la však pri im­ple­men­tá­cii do osob­ných po­čí­ta­čov prob­lé­mom, vzhľa­dom na zlo­ži­tosť prog­ra­mo­va­nia stro­ja ta­kej­to ar­chi­tek­tú­ry. Tím ved­cov však pod­ľa svo­jich vy­hlá­se­ní pri­šiel na spô­sob, akým tie­to ťaž­kos­ti pre­ko­nať po­mo­cou špe­ciál­nych al­go­rit­mov.

Od ro­ku 1979 sa pro­fe­sor Uzi Vis­hkin za­obe­ral teóriou pa­ra­lel­ných al­go­rit­mov. Tie bo­li za­lo­že­né na ma­te­ma­tic­kom mo­de­li pa­ra­lel­né­ho po­čí­ta­ča, čo však eš­te neexis­to­val. V ro­ku 1997 mu však pok­rok v tech­no­ló­gii do­vo­lil vy­ví­jať za­ria­de­nie, na kto­rom by svo­ju teóriu mo­hol otes­to­vať; spo­lu s tí­mom to­to za­ria­de­nie do­kon­či­li v de­cem­bri 2006. Fy­zic­ké at­ri­bú­ty toh­to za­ria­de­nia sú až príl­iš bež­né: tvo­rí ho 64 FPGA pro­ce­so­rov bež­iacich na tak­to­va­cej frek­ven­cii 75 Mhz, so spo­loč­ným 1 GB DDR2 RAM s pre­no­so­vou rých­los­ťou 2,4 GB/s. Je to však prá­ve XMT, pa­ra­lel­ná ar­chi­tek­tú­ra pro­to­ty­pu, čo umož­ňu­je ľah­kosť prog­ra­mo­va­nia a vý­kon­nosť na mi­ni­mál­nej tak­to­va­cej frek­ven­cii, kto­ré naj­viac za­uja­li.

Pri tes­to­va­ní toh­to špe­ciál­ne­ho po­čí­ta­ča ved­ci pod­ľa svo­jich pred­pok­la­dov zis­ti­li, že op­ro­ti bež­ným po­čí­ta­čom sú­čas­nos­ti je rých­lej­ší v pa­ra­lel­ných vý­poč­toch a o nie­čo po­mal­ší v sé­rio­vých vý­poč­toch. Po­rov­ná­va­ný bol pro­to­typ XMT za­ria­de­nia so sys­té­mom za­lo­že­nom na Op­te­ro­ne 2,6 GHz, s 1MB L2 me­dzi­pa­mä­ti, pa­mä­ťo­vou prie­pus­tnos­ťou 6,4 GB/s. Pou­ži­li na to Red­Hat Li­nux En­terpri­se 3 s GCC. Bo­li tes­to­va­né dve ap­li­ká­cie: ná­so­be­nie ce­lo­čí­sel­nej ma­ti­ce o veľ­kos­ti 2000 x 2000 a ran­do­mi­zo­va­né rých­le trie­de­nie s veľ­kos­ťou vstu­pu 20 mi­lió­nov ce­lo­čí­sel­ných pr­vkov. Do­siah­nu­té ča­sy bo­li pri ná­so­be­ní ma­ti­ce oko­lo 80 se­kúnd pri ar­chi­tek­tú­re XMT a 113 se­kúnd s ar­chi­tek­tú­rou za­lo­že­nou na Op­te­ro­ne. Pri trie­de­ní po­ľa bo­li vý­sled­ky opač­né: 7,5 se­kun­dy s ar­chi­tek­tú­rou XMT a 2,6 s ar­chi­tek­tú­rou Op­te­ron.

Pro­to­typ XMT je pri­tom len jed­ným z dô­le­ži­tých kro­kov v pro­jek­te PRAM-on-Chip na Uni­ver­si­ty of Ma­ry­land. Vir­tuál­ny mo­del tej­to vý­poč­to­vej tech­ni­ky pred­pok­la­dá, že aké­koľ­vek množ­stvo sú­čas­ných prís­tu­pov do zdie­ľa­nej pa­mä­ti za­be­rie ten is­tý čas, ako je­di­ný prís­tup. Al­go­rit­my, kto­ré ta­ký­to po­čí­tač s ar­chi­tek­tú­rou XMT spra­co­vá­va, sú vy­ví­ja­né v špe­ciál­nom roz­ší­re­ní ja­zy­ka C s náz­vom XMTC. V bu­dúc­nos­ti bu­de ok­rem XMTC dos­tup­ných ove­ľa viac prog­ra­mo­va­cích roz­hra­ní (API): VHDL/Ve­ri­log, MAT­LAB, či OpenGL.

Zdroj: TS PCR

---