Arquitecturas paralelas

Arquitecturas Paralelas
Ignacio Martín Llorente asds.dacya.ucm.es/nacho

Grupo de Arquitectura de Sistemas Distribuidos Departamento de Arquitectura de Computadores y Automática Universidad Complutense de Madrid

Introducción Un computador paralelo es un conjunto de elementos de proceso conectados por medio de una red de interconexión que pueden o no compartir memoria Posible taxonomía(basada en la clasificación de Flynn de 1967)
Modelo de control Única instrucción Múltiples instrucciones

SISD

SIMD

MIMD

MISD

Modelo de memoria

Memoria Compartida (MC)

Memoria Distribuida (MD)

UMA (PVP o SMP)

NUMA (DSM) CC o nCC

COMA

Modelo de sistema Multiprocesador Simétrico (SMP)

Clusters de Estaciones de Trabajo

• Diversidad de precios • Diversidad derendimientos • Diferentes modelos de programación

Clusters de Multiprocesadores Simétricos (SMP)

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Índice Computadores SIMD • Aspectos básicos Computadores MIMD de memoria compartida • Aspectos básicos • Alternativas de diseño • Modelo UMA • Sistemas clásicos tipo UMA (PVP) • Multiprocesadores simétricos (SMP) • Modelo NUMA (memoriacompartida virtual) • Modelo COMA Computadores MIMD de memoria distribuida • Aspectos básicos • Alternativas de diseño • Clusters de estaciones de trabajo y sistemas Beowulf Clusters de Multiprocesadores Simétricos (SMP) • Aspectos básicos. Tendencia actual Tabla resumen de las arquitecturas paralelas más comunes ¿Cómo afecta el computador al rendimiento? • Ajuste de los modelos de problema a lostipos de computador
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Computadores SIMD • Aspectos Básicos

Una única unidad de control que gestiona múltiples unidades funcionales La unidad de control ejecuta una única instrucción (instrucción en array) que se realiza sobre múltiples operandos en paralelo Procesamiento simultaneo de varias componentes de un vector mediante la replicación deunidades de procesamiento

X=A+B

Unidad de control

X(1)=A(1)+B(1)

X(2)=A(2)+B(2)

X(N)=A(N)+B(N)

Elementos de proceso {ALU+registros}

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Computadores SIMD • Aspectos Básicos Modelo de programación: • Lenguaje secuencial con extensiones para el manejo de matrices (Fortran 90, tipo MATLAB...) Mayor dificultad en suprogramación • Usar las operaciones en array eficientemente Alternativas arquitectónicas • Memoria compartida • Memoria distribuida Ventajas: • Fáciles de programar • Muy buena relación coste/rendimiento Inconvenientes: • Se deben realizar muchas operaciones en array para obtener rendimiento de la arquitectura • Solo se pueden paralelizar aplicaciones paralelas totalmente síncronas • Muchas operacionesen array no llegan a emplear todos los elementos de proceso, El número de elementos debe ser múltiplo del número de elementos de proceso • No acelera las operaciones escalares
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Computadores SIMD • Ejemplos y uso actual

Computadores SIMD de propósito general • Thinking Machine Corporation Connection Machine 200 (TMC CM-200) • MasPar 2Solución óptima para computadores de propósito específico • Aplicaciones con un grado de paralelismo muy alto • Versatilidad y alto nivel de integración proporcionado por el Hw reconfigurable • Paralelismo masivo: gran cantidad de unidades de proceso lentas (mejor relación coste/rendimiento) • Multigrid Machine

“Dieron paso al microprocesador como unidad de replicación ya que es mucho barato quedesarrollar elementos específicos”

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Computadores MIMD de memoria compartida • Aspectos Básicos Diferentes procesadores compartiendo memoria, cada uno con su flujo particular de instrucciones Comunicación por medio de la memoria compartida, con un solo ejecutable (SPMD)
x A Memoria

X=A(2)+A(25)

A(25)=A(30)+A(31)

A(100)=99...