Шаг 1.
Параллельные алгоритмы.
Причины появления параллельных вычислительных систем

    На этом шаге мы перечислим причины появления параллельных вычислительных систем.


    Материал для этих шагов взят из дипломной работы студентки факультета математики и информационных технологий Курганского государственного университета Алямкиной Елены Юрьевны, выпускницы 2010 года.


    Если считать, что тактовая частота работы процессоров приблизительно соответствует их производительности, то в настоящее время около 103 млн. операций в секунду (МОПС) - это максимально возможная производительность, которая достижима на одном процессоре. Поскольку ежегодно тактовая частота выпускаемых процессоров возрастает, можно надеяться на увеличение максимальной производительности примерно до 106-108 МОПС. Однако эти процессы не имеют линейной экстраполяции во времени в силу молекулярных ограничений. Процессоры с производительностью более 108 МОПС либо будут иметь принципиально иную архитектуру по сравнению с современными процессорами, либо вообще невозможны. Из этого следует, что единственной стратегией развития вычислительной техники является создание многопроцессорных вычислителей. Получается, что параллельные алгоритмы - единственный перспективный способ повышения производительности при решении будущих задач.

    Применение параллельных вычислительных систем (ПВС) является стратегическим направлением развития вычислительной техники. Это обстоятельство вызвано не только принципиальным ограничением максимально возможного быстродействия обычных последовательных ЭВМ, но и практически постоянным наличием вычислительных задач, для решения которых возможностей существующих средств вычислительной техники всегда оказывается недостаточно. Так, проблемы "большого вызова" возможностям современной науки и техники - моделирование климата, генная инженерия, проектирование интегральных схем, анализ загрязнения окружающей среды, создание лекарственных препаратов и др. - требуют для своего анализа ЭВМ с производительностью более 1000 миллиардов операций с плавающей запятой в секунду (1 TFlops).

    Параллельные вычислительные системы применяются при решении следующих классов задач:

  1. Решение задач, связанных с большим объемом вычислений.
  2. Решение задач реального времени.
  3. Построение системы высокой надежности.
  4. Обработка больших объемов данных.

    Проблема создания высокопроизводительных вычислительных систем относится к числу наиболее сложных научно-технических задач современности. Ее разрешение возможно только при всемерной концентрации усилий многих талантливых ученых и конструкторов, предполагает использование всех последних достижений науки и техники и требует значительных финансовых инвестиций. Тем не менее, достигнутые в последнее время успехи в этой области впечатляют. Список наиболее быстродействующих вычислительных систем Top 500 в данный момент возглавляет вычислительный комплекс Jaguar (США), содержащий 224162 процессора с общей суммарной пиковой производительностью 1759 TFlops. Россия в этом списке занимает 13 место с ее вычислительной системой Lomonosov на базе 35360 процессоров и максимальной производительностью 350 TFlops.

    Организация параллельности вычислений, когда в один и тот же момент выполняется одновременно несколько операций обработки данных, осуществляется в основном за счет введения избыточности функциональных устройств (многопроцессорности). В этом случае можно достичь ускорения процесса решения вычислительной задачи, если осуществить разделение применяемого алгоритма на информационно независимые части и организовать выполнение каждой части вычислений на разных процессорах. Подобный подход позволяет выполнять необходимые вычисления с меньшими затратами времени, и возможность получения максимально возможного ускорения ограничивается только числом имеющихся процессоров и количеством "независимых" частей в выполняемых вычислениях.

    На следующем шаге мы рассмотрим причины сдерживания массового распространения параллелизма.




Содержание Следующий шаг