1. Superkompyuterlar

---

28-ma’ruza 
Superkompyuterlar va klasterli ishlov berish tizimlari 
Reja: 
1.Superkompyuterlar 
2.Klaster tizimlari
 
 
1.Superkompyuterlar 
Hozirgi vaqtda bu sinfga mansub hisoblash tizimlariga aniq ta'rif berish 
qiyin. Agar o'tgan asrning oxirida bunday kompyuterlar Cray va shunga o'xshash 
tizimlar deb atalgan bo'lsa, bu asrning boshlarida klasterlarni hisoblash uchun 
"superkompyuter" atamasi ishlatilgan.
Kompyuterni superkompyuter deb tasniflash mezoni haqida ham turlicha 
fikrlar mavjud. Vikipediyada ta'rif quyidagicha shakllantirilgan: "Superkompyuter 
- bu texnik parametrlari bo'yicha mavjud kompyuterlarning ko'pchiligidan sezilarli 
darajada ustun bo'lgan kompyuter". Biroq, bu juda arzimas taklif, bunga baribir 
rozi bo'lish mumkin. 
Ba'zi ekspertlarning fikricha, agar tizim og'irligi bir tonnadan oshsa yoki 
quvvati bir MVt dan oshsa yoki uning ishlashi ma'lum miqdordagi PFlop / s1 dan 
ortiq bo'lsa, superkompyuterlar sinfiga kiradi. Hisoblash klasteriga birlashtirilgan, 
lekin bu ko'rsatkichlarga etib bormagan kompyuterlarni yuqori samarali hisoblash 
deb tasniflash mumkin.
Superkompyuterlar milliy boylik hisoblanadi va ularning rivojlanishi davlat 
texnik siyosatining ustuvor yo'nalishlaridan biridir. Superkompyuterlar quyidagi 
asosiy xususiyatlarga ega: 
- juda yuqori ishlash; 
- vektorli protsessorlar va registrlardan foydalanish; 
- suzuvchi nuqtali operatsiyalarni tez bajarilishiga e'tibor qaratish; 
- yuqori narx (ba'zida bu xususiyat asosiy hisoblanadi, u bir necha million 
dollarlik bo'lishi kerak). 
An'anaviy ravishda superkompyuterlar quyidagi sohalarda qo'llaniladi: 
- ilmiy tadqiqotlar (kvant fizikasi, kimyo, issiqlik va gaz dinamikasi, 
yadroviy tadqiqotlar); 
- texnologiya (aerokosmik, avtomobilsozlik, atom energiyasi, geologik 
qidiruv); 
- mudofaa kompleksi (ommaviy qirg'in qurollarini ishlab chiqish, harbiy 
texnikaning dizayni va boshqalar); 
- tijorat ilovalari - eng zamonaviy maydon (o'ta katta ma'lumotlar bazalari, 
axborot logistikasi va boshqalar). 
Superkompyuterlar, qoida tariqasida, ko'p protsessorli dizaynda ishlab 
chiqariladi va odatda bir -biriga mahkam bog'langan MCMD tizimlari hisoblanadi. 
Ular bir qator Amerika va Yaponiya firmalari tomonidan ishlab chiqariladi: 
- Silicon Graphic and Cray Research - turli xil Cray modellari ( Cray T 3 E , 
T 90, Origin 2000); 
- NEC - Yaponiya (NEC SX -5); 

---

- Fujitsu - Yaponiya (Fujitsu VPP); 
- IBM (IBM RS / 6000 SP, No''mon - Q 2000, TeraGrid kuni asosida Intel 
Itanium) va boshqalar .
Klassik misollar - Cray Research va nCube superkompyuter firmalarining 
rivojlanishi . Bu sinfdagi mahalliy o'zgarishlar MVK "Elbrus-2" ko'p protsessorli 
hisoblash tizimlarini o'z ichiga oladi (1985). 
Cray superkompyuterlari
Asosiy model
Cray superkompyuterlarining asosiy modeli-bu umumiy xotirali tizimga 
birlashtirilgan 16 protsessorni (CPU) o'z ichiga olgan Cray Y-MP C90 vektor-
konveyerli kompyuter [2]. Fig. 16.1da ushbu kompyuterning blok -diagrammasi 
ko'rsatilgan [53]. 
Bu erda, CPU 0 blokining o'ng tomonida, protsessorning ichki tuzilishi 
ko’rsatilgan. 
Tasodifiy kirish xotirasi (Xotira) protsessorlar va kirish -chiqish bo'limi 
o'rtasida taqsimlanadi. U 80 bitli so'zlardan foydalanadi: 
64-bit ma'lumot va 16 - xatolarni tuzatish uchun. Namuna olish tezligini 
oshirish uchun xotira 8 ta bo'limga bo'linadi, ularning har birida 8 ta bo'lim, 
ikkinchisida - 16 ta bank. Jismoniy manzillar bir -biriga bog'langan bo'lib, bir 
nechta banklarga parallel kirish imkoniyati mavjud. 
I / U bo'limi uchta kanalni boshqaradigan uchta bo'limni o'z ichiga oladi: 
- LOSP - past tezlik; 
- HISP - yuqori tezlik; 
- VHISP - juda yuqori tezlik. 
Protsessorlararo aloqa bo'limi (Interprocessor 
Aloqa) 
protsessorlar 
o'rtasida 
nazorat 
ma'lumotlarini 
almashishni 
ta'minlaydi. U quyidagilarni o'z ichiga oladi: 
a) registrlar: 
- vektor (V); 
- manzil (A); 
- skalyar (S); 
- yordamchi (B - manzil, T - skalyar); 
- vektor uzunligi va vektor niqobi; 
b) funktsional qurilmalar (4 guruh): 
- manzil (ikkita); 
- skalyar (to'rtta); 
- vektor (beshdan ettigacha); 
- suzuvchi nuqta (uchta); 
c) buyruq buferlarini o'z ichiga olgan boshqaruv bo'limi. 
Vektorli va suzuvchi nuqtali qurilmalar takrorlanadi. Vektorli registrlar juft 
va toq bo'linadi. Ulardan olingan ma'lumotlar bir vaqtning o'zida ikkita quvur 
liniyasi (nol va birinchi) orqali qayta ishlanadi. Natijalar, shuningdek, chiqish 
registrining juft va toq pozitsiyalariga yoziladi. Funktsional qurilmalar 
truboprovodlarida bosqichlar soni har xil, lekin bosqichning bajarilish vaqti 1 tsikl. 

---

Buyruq uzunligi: 16 bitli 1, 2 yoki 3 ta paket. So'zning uzunligi 64 bit, ya'ni 4 ta 
paket. Dasturning maksimal uzunligi bitta Gigaslovo. 
1-расм. Cray Y-MP C90 superkompyuterining tuzilishi: 
CPU 0- CPU 15 -protsessorlar; 
Protsessorlararo aloqa - protsessorlararo aloqa bo'limi ; 
I / U bo'limi - kirish -chiqish qismi; 
FU - funktsional birliklar 

---

 Barcha asosiy operatsiyalar: xotiraga kirish, buyruqlarning bajarilishi va 
ularning parolini hal qilish quvurlar orqali amalga oshiriladi. Funktsional birliklar 
mustaqil ishlaydi va yopiq parallellikni ta'minlaydi. Masalan, a: 

(b 

c) 

d 

e 
ifodasini baholashda qo'shish va ko'paytirish bir vaqtning o'zida bajariladi. 
Vektorli ishlov berish massivning tezlashtirilgan operatsiyalarini ta'minlaydi. 
Misol uchun , bir yilda Loop 
I uchun: = 1 dan ngacha 
a [i]: = b [i] + c [i];
b va c massivlari deyarli bir vaqtning o'zida yoki bir soat aylanishiga siljish 
bilan vektor registrlariga (to'liq yoki qismlarga) yuklanadi. Katta massivlar uchun 
bu operatsiya bir necha marta takrorlanadi. 
Qatorlar qanchalik uzun bo'lsa, quvurning dastlabki to'ldirilishining pastadir 
va butun dasturning bajarilish vaqtiga ta'siri shunchalik kam bo'ladi. 
Hosildorlikni 
oshirish 
uchun 
funktsional 
qurilmalarning 
vektorli 
uzatmalaridan foydalaniladi. Bunda natijalar reestri quyidagi operatsiyalar uchun 
kiritiladi: chiqish darhol kirishga beriladi. Ishlash chuqurligi har qanday bo'lishi 
mumkin, masalan, quyidagi operatsiyalar uchun: 
- o'qish vektorlari; 
- qo'shimcha; 
- ko'paytirish; 
- yozish vektorlari. 
Cray Y-MP C90 ning eng yuqori ko'rsatkichlari quyidagicha aniqlanadi. Ikki 
quvurli quvurlar 2 natija / tsiklni, qo'shish va ko'paytirish aloqasini - 4 ops / tsiklni 
beradi. 16 protsessorning bir vaqtning o'zida ishlashi 16 GFlops tezligiga olib 
keladi. 
Cray T3D kabi juda parallel kompyuterlar 
 
Bu kompyuterlar quyidagi xususiyatlar bilan ajralib turadi: 
- kuchli mikroprotsessorlardan foydalanish; 
- to'rtburchaklar panjara, kalit yoki ko'p o'lchovli torusga asoslangan 
protsessorlararo aloqa tarmog'ini qo'llash; 
- tarqatilgan xotira; 
- asosiy kompyuterning mavjudligi (master yoki master). 
Masalan, Cray T3D kompyuteri 32 dan 2048 gacha protsessorni o'z ichiga 
oladi, ularning har biri har qanday xotira moduliga kirish imkoniyatiga ega. 
U Cray Y-MP C90 bo'lishi mumkin bo'lgan asosiy kompyuterga ulanadi. 
Asosiy kompyuter dasturlarni oldindan qayta ishlashni amalga oshiradi (masalan, 
kompilyatsiya). 
Cray T3D kabi ulkan parallel kompyuter uchta asosiy komponentni o'z 
ichiga oladi: 
- hisoblash tugunlari; 
- protsessorlararo aloqa tarmog'i; 
- kirish-chiqish tugunlari. 
Hisoblash tuguni ikkita ishlov berish elementidan (PE), tarmoq interfeysi va 
blokli uzatish boshqaruvchisidan iborat. PE tarkibiga mahalliy va kesh xotirasi 
bilan jihozlangan DEC Alpha mikroprotsessori kiradi. Ikkala ishlov berish 

---

elementi ham bir -biridan mustaqil ishlashi mumkin. Tarmoq interfeysi ular 
orasidagi xabarlarni shakllantirish, uzatish va qabul qilishni ta'minlaydi. Blok 
uzatish boshqaruvchisi xotiraga to'g'ridan -to'g'ri kirishni va ishlov berish 
elementlari o'rtasida ma'lumotlarni tarqatishni qo'llab -quvvatlaydi. 
Protsessorlararo aloqa tarmog'i hisoblash tugunlari va kirish -chiqish 
tugunlari o'rtasidagi aloqani ta'minlaydi. Bu rasmda ko'rsatilgan ikki tomonlama 
uch o'lchovli torus. 16.2 va quyidagi xususiyatlarga ega: 
- aloqa tarmog'ining diametri bo'yicha baholanadigan minimal uzunlik;
- shikastlanganda aylanma yo'lni tanlash imkoniyati. 
2-rasm. Minimal uzunlik (diametr) ni ta'minlaydigan protsessorlararo aloqa 
tarmog'i konfiguratsiyasi 
A aloqa tarmog'ining diametri d - uning tugunlari orasidagi maksimal 
masofa. Shunday qilib, ikki o'lchovli panjara uchun n ga mutanosib, bu erda n-
saytlar soni. 
Ko'p sonli tugunli tizimlar uchun eng istiqbolli-n o'lchovli giperkubaning 
arxitekturasi. Bu arxitektura 2n tugunni o'z ichiga oladi va 2n ishlov berish 
elementlarini bog'laydi. Uning diametri d ln (n) ga proportsionaldir. N = 2 (ikki 
o'lchovli giperkub) uchun tarmoq to'rtburchaklar; n = 3 (uch o'lchovli) - oddiy kub; 
n = 4 - kubdagi kub va boshqalar. 
Masalan, 128 ta ishlov berish elementlari uchun d diametri 6 ga, 2048 ta 
ishlov berish elementlari uchun d - 12 ga teng. Minimal uzunlik aloqa tarmog'ining 
mos konfiguratsiyasi va tugun raqamlarining o'zaro bog'lanishi bilan ta'minlanadi. 
16.2. 
Ma'lumot almashish tartibi marshrutizatorlar tomonidan tanlanadi va uchta 
o'q bo'ylab harakatlanish mumkin: X, Y va Z va ofset ijobiy yoki salbiy bo'lishi 
mumkin. 
Har bir protsessor elementiga uning jismoniy holatini aniqlaydigan yagona 
jismoniy raqam beriladi. 
Bundan tashqari, tizim mantiqiy tuzilishdagi o'rnini (uch o'lchovli torus) 
aniqlaydigan mantiqiy PE raqamlaridan foydalanadi. 
Bu raqam faqat faol elementlarga beriladi. Masalan, 512 protsessorli Cray 
T3D konfiguratsiyasi 520 ta jismoniy PEni o'z ichiga oladi, ulardan 8 tasi ortiqcha. 
Tizimning eng samarali ishlashi barcha pe -ning bir xil yuklanishi bilan 
ta'minlanadi, masalan, to'rtburchaklar qoliplarni qayta ishlashda. Protsessorlar 

---

o'rtasida xabarlar almashinuvi hisoblash jarayonining kechikishiga olib keladi. U 
ikkita komponentdan iborat: 
- xabarni ishga tushirish vaqti; 
- uni yuborish vaqti. 
Xabar qancha uzoq bo'lsa, birinchi komponentning ta'siri shunchalik kam 
bo'ladi.