ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована для создания высокопроизводительных вычислительных систем.
Известно «Устройство для сопряжения электронной вычислительной машины с терминалом» [SU №772408 A1, G06F 13/00, 10.05.2005], содержащее ряд согласующих элементов, обеспечивающих подключение процессора ЭВМ к терминалу. Обмен, т.е. ввод и вывод данных, производится по командам (операциям) обмена, выполняемым процессором. Для организации обмена в программу вводятся команды ввода и вывода, выполняемые в общей последовательности операций.
Недостатком данного устройства является то, что оно потребляет значительные ресурсы машинного времени, так как в течение всего обмена процессор занят и не способен решать другие задачи, а время обмена, особенно при передаче данных последовательным кодом, может быть достаточно велико.
Наиболее близким к заявляемому является вычислительный модуль многопроцессорной крейтовой системы и многопроцессорная система из этих модулей [РФ №151425 U1, G06F 15/16, 10.04.2015], содержащий печатную плату и размещенные на ней: процессор с выводом межпроцессорных каналов, подключенный к оперативной памяти, а также к контроллеру периферийных интерфейсов посредством шины ввода-вывода, контроллер периферийных интерфейсов с подключением к нему шин периферийных интерфейсов, оперативную память, пользовательские соединители и соединители для подключения к коммутационной панели, выполненные с возможностью подключения межпроцессорных каналов и шин периферийных интерфейсов к коммутационной панели.
Недостатком данного модуля является то, что для увеличения вычислительных характеристик системы необходимо увеличение количества процессоров, так как взаимодействие в крейтовых системах осуществляется посредством сетевых интерфейсов через контроллер периферийных интерфейсов и/или дополнительные специфичные контроллеры, что создает большую задержку на линии передачи данных между крейтовыми системами и создает перегрузку шины ввода-вывода процессора.
Техническим результатом является увеличение вычислительных характеристик крейтовой системы и реализацию на их основе вычислительных кластеров за счет уменьшения задержки на линии передачи данных между крейтовыми системами, разгрузки шины ввода-вывода процессора, обеспечения возможности прямого межпроцессорного взаимодействия с прямым доступом в память между смежными крейтовыми системами вычислительного кластера через кабельное соединение.
Технический результат достигается тем, что в вычислительный модуль, содержащий печатную плату и размещенные на ней: процессор с выводом межпроцессорных каналов, подключенный к оперативной памяти, а также к контроллеру периферийных интерфейсов посредством шины ввода-вывода, контроллер периферийных интерфейсов с подключением к нему шин периферийных интерфейсов, оперативную память, пользовательские соединители и соединители для подключения к коммутационной панели, выполненные с возможностью подключения межпроцессорных каналов и шин периферийных интерфейсов к коммутационной панели, дополнительно введен разъем для реализации прямого межпроцессорного канала между крейтовыми системами кластера минуя коммутационную панель, причем первый вход-выход контроллера периферийных интерфейсов соединен с четвертым входом-выходом процессора посредством шины ввода-вывода, причем третий вход-выход процессора соединен с первым входом-выходом соединителей для подключения к коммутационной панели посредством межпроцессорных каналов, причем второй, третий, четвертый и пятый входы-выходы контроллера периферийных интерфейсов соединены соответственно с вторым входом-выходом соединителей для подключения к коммутационной панели, входом-выходом накопителя данных, первым входом-выходом постоянного запоминающего устройства, вторым входом-выходом пользовательских соединителей, а также первый вход-выход пользовательских соединителей, соединен с вторым входом-выходом постоянного запоминающего устройства посредством шин периферийных интерфейсов, причем межпроцессорные каналы предназначены для подключения аналогичных вычислительных модулей, а периферийные интерфейсы - периферийных модулей при реализации масштабируемой по количеству ядер и периферийных интерфейсов многопроцессорной крейтовой системы, причем модуль содержит в зоне лицевой панели один или несколько разъемов, предназначенных для кабельного соединения с аналогичными вычислительными модулями в соседних крейтовых системах кластера и конструктивно предназначены для реализации 10G или 40G Ethernet, что позволяет использовать в качестве среды передачи как оптические, так и медные кабели.
Введение указанного дополнительного элемента и последовательности его подключения обеспечивает увеличение вычислительных характеристик крейтовой системы и реализацию на их основе вычислительных кластеров за счет уменьшения задержки на линии передачи данных между крейтовыми системами, разгрузки шины ввода-вывода процессора, обеспечения возможности прямого межпроцессорного взаимодействия с прямым доступом в память между смежными крейтовыми системами вычислительного кластера через кабельное соединение.
На фиг. 1 представлена схема модуля.
Модуль (фиг. 1) содержит печатную плату и размещенные на ней: процессор 1, контроллер 2 периферийных интерфейсов, оперативную память 3, накопитель данных 4, постоянное запоминающее устройство 5, пользовательские соединители 6, соединители 7 для подключения к коммутационной панели и разъем 8 для дополнительного межпроцессорного канала.
Модуль (фиг. 1) содержит печатную плату и размещенные на ней: процессор 1, контроллер 2 периферийных интерфейсов, оперативную память 3, накопитель данных 4, постоянное запоминающее устройство 5, пользовательские соединители 6, соединители 7 для подключения к коммутационной панели и разъем 8 для дополнительного межпроцессорного канала минуя коммутационную панель, вход-выход которого соединен с вторым входом-выходом процессора 1, третий вход-выход которого соединен с первым входом-выходом соединителей 7 для подключения к коммутационной панели, второй вход-выход которой соединен со вторым входом-выходом контроллера 2 периферийных интерфейсов, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом процессора 1, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом оперативной памяти 3, вход-выход накопителя данных 4 соединен с третьим входом-выходом контроллера 2 периферийных интерфейсов, четвертый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом постоянного запоминающего устройства 5, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом пользовательских соединителей 6 второй вход-выход которого соединен с пятым входом-выходом контроллера 2 периферийных интерфейсов, причем первый вход-выход контроллера 2 периферийных интерфейсов соединен с четвертым входом-выходом процессора 1 посредством шины ввода-вывода, причем третий вход-выход процессора 1 соединен с первым входом-выходом соединителей 7 для подключения к коммутационной панели посредством межпроцессорных каналов, причем второй, третий, четвертый и пятый входы-выходы контроллера 2 периферийных интерфейсов соединены соответственно с вторым входом-выходом соединителей 7 для подключения к коммутационной панели, входом-выходом накопителя данных 4, первым входом-выходом постоянного запоминающего устройства 5, вторым входом-выходом пользовательских соединителей 6, а также первый вход-выход пользовательских соединителей 6, соединен с вторым входом-выходом постоянного запоминающего устройства 5 посредством шин периферийных интерфейсов, причем межпроцессорные каналы предназначены для подключения аналогичных вычислительных модулей, а периферийные интерфейсы -периферийных модулей при реализации масштабируемой по количеству ядер и периферийных интерфейсов многопроцессорной крейтовой системы, причем модуль содержит в зоне лицевой панели один или несколько разъемов, предназначенных для кабельного соединения с аналогичными вычислительными модулями в соседних крейтовых системах кластера и конструктивно предназначены для реализации 10G или 40G Ethernet, что позволяет использовать в качестве среды передачи как оптические, так и медные кабели.
Конструктивное исполнение и работа модуля (фиг. 1) заключается в следующем.
Заявляемый вычислительный модуль обеспечивают создание вычислительного кластера на основе масштабируемой по количеству ядер и периферийных интерфейсов многопроцессорной крейтовой системы (до пяти штук) путем их объединения по принципу "каждый с каждым" через дополнительный межпроцессорный канал кабельным соединением. При этом свойства данного канала обеспечивают высокоскоростной прямой доступ к памяти между смежными крейтовыми системами вычислительного кластера. Это обеспечивает более полную загрузку микропроцессора на относительно простых вычислительных задачах, когда производительность ограничена шиной ввода-вывода микропроцессора.
Модуль обеспечивает возможность прямого межпроцессорного взаимодействия с прямым доступом в память между смежными крейтовыми системами вычислительного кластера через кабельное соединение.
Данный модуль имеет возможность коммутации с аналогичными вычислительными модулями за счет межпроцессорных каналов через соединители на коммутационную панель.
Такие вычислительные модули могут использоваться в крейтовой системе, обеспечивая создание масштабируемого по количеству ядер и периферийных интерфейсов вычислительного кластера.
Работа модуля начинается с загрузки операционной системы в каждой крейтовой системе кластера. Загрузка операционной системы производится со встроенного на модуль накопителя данных 4 после обращения процессорного ядра в постоянное запоминающее устройство 5 за первой командой. После инициализации операционной системы с устройств ввода-вывода крейтовой системы, подключаемых к пользовательским соединителям данного вычислительного модуля или периферийного модуля, взаимодействие с которыми происходит посредством периферийных интерфейсов контроллера периферийных интерфейсов 2, инициируется определенная задача, которая загружается в процессорные модули. При выполнении задачи имеют место обмены данными между отдельными подзадачами, выполняемыми разными процессорными модулями. Такие обмены осуществляются посредством межпроцессорных каналов, выходящих на коммутационную панель.
Среди множества задач существуют такие, которые предназначены для выполнения одновременно на множестве многопроцессорных крейтовых систем. Они отличаются высоким параллелизмом. В таком случае при нехватке вычислительных ресурсов в одной крейтовой системы происходит передача фрагментов такой задачи на другие крейтовые системы вычислительного кластера. Для таких передач используется введенный разъем 8 для дополнительного межпроцессорного канала минуя коммутационную панель, обеспечивающий прямой доступ в память процессоров смежных крейтовых систем.
Модуль в зоне лицевой панели содержит один или несколько разъемов, предназначенных для кабельного соединения с аналогичными вычислительными модулями в соседних крейтовых системах кластера и, в том числе дополнительного межпроцессорного канала и обеспечивают реализацию 10G или 40G Ethernet, что позволяет использовать в качестве среды передачи как оптические, так и медные кабели.
Таким образом, модуль обеспечивает увеличение вычислительных характеристик крейтовой системы и реализацию на их основе вычислительных кластеров за счет уменьшения задержки на линии передачи данных между крейтовыми системами, разгрузки шины ввода-вывода процессора, обеспечения возможности прямого межпроцессорного взаимодействия с прямым доступом в память между смежными крейтовыми системами вычислительного кластера через кабельное соединение.