Комп’ютер HP Superdome як приклад архітектури ccNuma

В архітектурі ccNuma оперативна память є фізично розподілена проте на логічному рівні являє собою єдиний цілісний адресний простір. Абревіатура –сс– розшифровується як cache convergence (когерентність кешів) для вирішення проблеми когерентності кешів.

Приклад архітектури СС Numa будемо розглядати на комп’ютері HP Superdome. Він випущений в 2000 році. Максимальна конфігурація може включати до 64 процесорів, максимальна кількість оперативної пам’яті – 256Гб, розширення – до 1Тб.

Основу архітектури складають обчислювальні комірки, зв’язані між собою ієрархічною системою перемикачів. Кожна комірка – це мультипроцесор, на якому розміщені всі необхідні компоненти. Кожна комірка може містити до 4 процесорів, оперативна пам’ять – до 16Мб.

Рис. 16. Комп’ютер HP Superdome як приклад архітектури ccNuma

Центральне місце в комірці займає контролер комірки. Це дуже складний пристрій, який складається з 24 млн транзисторів. Контролер зв’язаний з кожним процесором через окремий порт. Швидкість обміну даних – 2Гбіт/с. Також контролер слідкує за когерентністю кеш пам’яті процесора. Пам’ять комірки може мати ємність від 2Гб і розбите на 2 банки, що зв’язані з контролером комірки через окремі порти з швидкістю передачі інформації – 2Гбіт/с. Система введення/виведення включає в себе PCI- слоти. Окремий порт комірки зв’язаний з комутатором, через який відбувається зв’язок з іншими комірками.

При повній конфігурації ПК HP Superdome складається з двох стійок (рис. 17):

Рис. 17. Приклад ПК при повній конфігурації HP Superdome

Самі комутатори зв’язані між собою, а також мають по одному порту для розширення системи. Швидкість обміну даними – 8Гб/с. Кожен комутатор має ще додатковий порт для подальшого розширення системи. Одним із центральних питань в архітектурі Numa є різниця в часі звернень. В даних комп’ютерах є три види затримки:

1. процесор і пам’ять знаходяться в одній комірці, час звернення мінімальний;

2. процесор і пам’ять знаходяться в різних комірках, які під’єднані до одного комутатора, час звернення середній;

3. процесор і пам’ять розміщені в різних комірках, які під’єднані до різних комутаторів, час затримки максимальний.

Тому операційна система повинна як змога більше уникати розрідження даних між комірками. Даний комп’ютер має ще деякі переваги та особливості:

1. він може працювати як єдиний комп’ютер але його можна сконфігурувати таким чином щоб він був розбитий на декілька частин кожна із яких називається nPartition. Кожна із цих Partition може працювати як окремий комп’ютер із своєю окремою операційною пам’яттю;

2. «гаряча» заміна усіх компонентів системи;

3. ефективна робота з великою кількістю периферійних пристроїв;

4. резервування;

5. моніторинг всіх параметрів системи.

Процесор РІ-8700 володіє тактовою частотою – 750МГц., та має суперскалярну. Кожна операція виконується за 4 такти, а отже продуктивність кожного процесора – 3 ГФлопс, а всієї 64-процесорної системи – 192 ГФл. В процесорі є 10 функціональних пристроїв: 4 з них – для виконання арифметичних операцій над цілими числами; 4 – над дробовими і 2 функціональні пристрої – для проведення запису/читання. На кожному такті виконується стільки операцій скільки йому дозволяє інформаційна структура коду та наявність вільних функціональних пристроїв.

Процесор має кеш – пам’ять 2Мб, яка розміщена прямо на кристалі. При написанні програм для даного комп’ютера виникають такі самі проблеми як і при написанні програм для всіх типів паралельних систем, а саме неможливість розпаралелення фрагментів коду. Тобто якщо 25% програми – це послідовні операції та очікувати покращення швидкодії більш ніж в 5 разів не варто.