МНОГОПРОЦЕССОРНОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПАМЯТЬЮ

Полезная модель относится к области вычислительных средств и может быть использовано в качестве многопроцессорного вычислительного устройства с распределенной памятью
Известны многопроцессорные вычислительные устройства с распределенной памятью реализующие различные архитектурные решения при построении вычислительных модулей и коммуникационной среды. Эти вычислительные устройства по типу и особенностям коммуникационной среды, которая обеспечивает взаимодействие между отдельными вычислительными узлами, можно разделить на несколько групп: устройства с распределенной разделяемой памятью (неоднородным доступом к памяти, NUMA), особенностью которых является аппаратная поддержка на уровне коммуникационной среды единого адресного пространства оперативных запоминающих устройств для всех вычислительных узлов, как это реализовано в SGI Orign2000 (М.Кузьминский. Архитектура S2MP - свежий взгляд на сс-NUMA. Открытые системы. 1997 г. №2.); массивно параллельные вычислительные устройства, в которых коммуникационная среда строится на базе специализированной высокоскоростной шины и специализированных коммутаторов, как это реализовано в Cray T3E (В.В.Корнеев. Параллельные вычислительные системы. М.: Нолидж. 1999. с.206-207); кластерные вычислительные системы, в которых коммуникационная среда строится на базе типовых сетевых решений (Myrinet, SCI, Infini Band, Ethernet), как это реализовано в МВС-1000Е (В.В Воеводин, Вл.В.Воеводин. Параллельные вычисления. СПб.: БХВ-Петербург. 2002. с.147-150).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является кластерное многопроцессорное вычислительное устройство с распределенной памятью KLAT2 (Н.G. Dietz, T.I.Mattox, "KLAT2's Flat Neighborhood Network," ALS2000, Atlanta, GA, USA, October 12, 2000).
KLAT2 состоит из 64 бездисковых вычислительных узлов с процессорами AMD Athlon с тактовой частотой 700 МГц и оперативным запоминающим емкостью 128 Мбайт на каждом. Коммуникационная среда выполнена на базе сетевой технологии Fast Ethernet. В каждом из вычислительных узлов установлены по четыре сетевых адаптера Fast Ethernet, а узлы соединяются при помощи девяти тридцатидвух-портовых коммутаторов Fast Ethernet. При этом для каждых двух узлов можно найти соединение только через один коммутатор, но нет необходимости соединения всех узлов через один коммутатор.
Основными недостатками такого вычислительного устройства можно назвать то, что только для небольшого числа узлов достаточно просто спроектировать топологию коммуникационной среды. Для сетей уже с несколькими десятками узлов, определение топологии коммуникационной среды представляется нетривиальной задачей а сама коммуникационная среда может обладать несимметричной структурой. В качестве еще одной проблемы можно выделить нахождение оптимального маршрута пакетов данных между двумя узлами для достижения максимальной производительности узлов, так как одновременно может существовать несколько маршрутов доставки пакетов. Кроме того, такая топология коммуникационной среды не обеспечивает минимальной задержки при передаче сигнала и постоянной производительности отдельного соединения между вычислительными узлами.
Предлагаемое устройство направлено на обеспечение минимальной задержки при передаче сигнала, постоянной производительности отдельного соединения между вычислительными узлами и единственности маршрута доставки пакетов посредством коммуникационной среды.
Многопроцессорное вычислительное устройство с распределенной памятью содержит устройство бесперебойного питания, которое обеспечивает энергопитание вычислительных узлов и коммутатора консоли управления. Вычислительные узлы выполнены в виде отдельных модулей и имеют собственный центральный процессор и оперативное запоминающее устройство. Кроме того каждый узел имеет интерфейсы для подключения устройств мониторинга и управления посредством коммутатора, интерфейсы для ввода и
вывода информации. Коммуникационная среда построена на базе сетевого стандарта Gigabit Ethernet и сетевого протокола IP и отличается от своего прототипа тем, что сетевые адаптеры, установленные в каждом из вычислительных узлов, непосредственно соединены при помощи соединительных кабелей со всеми остальными узлами. При этом число сетевых адаптеров в узле на один меньше числа узлов в вычислительном устройстве. Маршрутизация передаваемых коммуникационной средой пакетов при этом осуществляется каждым из узлов самостоятельно согласно таблице маршрутизации. Заявленный технический результат достигается тем, что в конструкции устройства отсутствуют сетевые коммутаторы. Соединение вычислительных узлов посредством сетевых адаптеров обеспечивает наименьшую величину задержки передаваемого пакета информации, а отдельное физическое соединение обеспечивает постоянную производительность.
После подачи питания источником бесперебойного питания на вычислительные узлы и коммутатор консоли начинается процедура инициализации вычислительных узлов, в процессе которой происходит самодиагностика узлов, инициализация интерфейсов мониторинга, управления, ввода и вывода информации, загрузка на каждом из узлов операционной системы. После этого происходит инициализация коммуникационной среды вычислительного устройства в процессе которой на каждом узле формируется таблица маршрутизации для передаваемых коммуникационной средой пакетов информации. После этого вычислительное устройство готово к выполнению прикладной программы, которая может быт загружена с консоли управления или посредством интерфейса ввода вывода.