Введение к работе
Актуальность темы.
Супервычисления имеют в настоящее время двадцатилетнюю историю и входят в новую фазу разработок, называемых Массовой Параллельной Обработкой (МПО). Хотя производительность отдельно взятого процессора имеет тенденцию увеличиваться в течение многих лет, все же единственный путь построения терафлопсных архитектур нового поколения базируется на МПО. Даже при использовании современных высокопроизводительных рабочих станций с произ-
— 2 —
водительностыс процессора 100 мегафлопс, нам потребуються десятки тысач процессоров дяя нестроения машин с терафлопеной производительностью.
С точки зрения применений имеется несколько причин для построения терафлопеных ЭВМ для решения актуальных задач науки и техники. Эти актуальные задачи включают разработку самолетостроения, моделирования полупроводниковых устройств, анализ процессов сгорания топлива, целенаправленная разработка лекарственных препаратов, исследование анатомии человека, воспроизведения изображений, прогноз погоды, изучения загрязнения атмосферы, исследование и моделирование океанических процессов, оценка процессов озонозого истощения и исследования нефтяных залежей. Выгоды, которые будут получены з результате применения этих высокопроизводительных ЭВМ, тесно связаны с каждой гранью нашей жизни, такими как воздух, которым мы дышим, погодой, озоном, и проблемема глобального потеплення, которые угрожают человечеству, кяк разработка самолетов нового поколения, лекарственных препаратов, усовершенствования медицинской терапии, более эффективных двигателей и автомобилей, новых химикалий, более мощных структурных материалов, быстрых сверхбольших интегральных схем.
Цель заключается в создании моделей реальности все более и более точных на суперкомпьютерах и моделировании реальных явлений в деталях для химии, физики, биологии и других наук. Таким образом разработка суперкомпьютеров должна стать основной задачей науки в 90-е годы.
Как отмечалось ранее, единственный путь реализации терафлопеных ЭВМ связан с МПО подходом, который предлагает агрегатирование вычислительных мощностей на основе объединения десятков и тысяч процессоров класса рабочих станций. Пиковая вычислительная мощность МПО должна быть равна сумме полных вычислительных мощностей каждого из вычислительных элементов. Но это может быть достигнуто только в том случае, если будет иметь место соответствующая структура связей этих процессоров и пропускная способность (производительность) ввода-вывода будет соответствовать вычислительной произво-дкыости. Это было главной целью архитектуры параллельных ЭВМ в течение многих лет. Разработка высокой вычислительной мощности элементов, с одной стороны, и создание тем самым необходимых вычислительных возможностей, и создание мощной коммуникационной структуры, с другой стороны, — это ключ для создания аппаратной часта МПО-систем.
, Методы исследований базируются на использовании основных положений теории множеств, теории графов, теории построения параллельных вычислитель-, ных систем, теории параллельного праграммирования, теории алгоритмов
Научная новизца проведенных исследований заключается в выборе и обосновании .топологии мультитранспьютерных систем,-ориентированных на массовое распараллеливание вычислительных процессов, с оптимальным отношением диаметра и степени элементов системы, разработке общих и частных способов
— з —
расширения элементов в системах с данной топологией н систолических вычислений в мультитранспьютерных системах, допускающих эффективную обработку данных и простые средства маршрутизации.
Практическая ценность результатов диссертационной работы определяется тем, что на основе предложенной топологии вычислительных структур, алгоритмов и способов реализации алгоритмов расширяется область применения и эффективность как мультитранспьютерных и мультипроцессорных систем, так и систем параллельной обработки в целом.
Достоверность теоретических результатов подтверждается доказательствами основных положений, выводов и рекомендаций, их экспериментальной проверкой, а также результатами внедрения.
Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы использованы при выполнении Государственной научно-технической программы 6.3.1: "Высокопроизводительные профессиональные ЭВМ и проблмно-ориентированньге комплексы широкого назначения". Заказчик — Государственный комитет по науке и технихе, а также в учебном процессе на кафедре вычислительной техники в в дисциплинах "Вычислительные системы, комплексы, системы и сети".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 151 страницах машинописного текста, содержит 108 рисунков, список литературы из 43 наименований.