Причины перехода к построению однокристальных мультипроцессорных систем

Среди тенденций, приводящих к появлению однокристальных мультипроцессорных систем, можно отметить описанные ниже.

ü Перенос на стадию компиляции проблем извлечения из последовательных программ команд, допускающих параллельное исполнение, и, в целом, ветвей параллельных программ. Если суперскалярный микропроцессор сам выделяет параллельно выполняемые команды, то уже в мультитредовом микропроцессоре на компилятор возлагаются дополнительные функции по выделению параллельных ветвей, а микропроцессоры с длинным командным словом возлагают на компилятор все проблемы загрузки параллельно функционирующих устройств. В этих условиях задача создания распараллеливающего компилятора для мультипроцессорной системы не выглядит неразрешимой.

ü Объем оборудования, обеспечивающего нагрузку функциональных устройств, микропроцессоров с суперскалярной архитектурой достаточно велик и имеет квадратичный рост в зависимости от количества находящихся в обработке команд. При увеличении числа функциональных устройств должно увеличиваться и число выбираемых па исполнение команд, что приведет к возрастанию объема оборудовании, не производящего непосредственно обработки данных. Суммарный объем схем управления в микропроцессорной системе состоящей из простых процессоров, может быть, существенно меньше, чем в микропроцессоре с суперскалярной архитектурой при одном и том же суммарном числе функциональных устройств или, иными словами, при одинаковой производительности в случае полной загрузки устройств. Следует также отметить, что простые процессоры мультипроцессорам системы могут иметь более высокую тактовую частоту.

ü Мультипроцессорная система, в силу присущей ей избыточности, может функционировать при отказе части оборудования. Эти отказы могут быть как изначально присутствующими, вследствие дефектов кремниевой пластины или технологического процесса изготовления, так и появившимися в ходе функционирования. Мультипроцессорные системы могут создаваться либо как однокристальные, либо как многокристальные микросборки. Реальность такова, что однокорпусная микросборка мультипроцессорной системы из совокупности простых микропроцессоров может значительно превышать по показателю "производительность/стоимость" однокристальную систему, размер кристалла которой равен сумме площадей кристаллов микросборки [40, 41]. Микросборки не являются чем-то существенно отличным от СБИС. Выбор однокристальной реализации или микросборки определяется достигаемыми технико-экономическими показателями. Использование микросборок памяти, микропроцессоров Pentium Pro демонстрирует возможности технологии микросборок. Наиболее интересным проектом, концентрирующим архитектурные и технологические достижения, включая однокристальные системы и микросборки, служит микропроцессор Power 4 фирмы IBM [42].

ü В традиционных компьютерах, состоящих из микропроцессора и микро схем памяти, использующих в совокупности порядка 10⁸ транзисторов в микропроцессоре и 10⁹ транзисторов в памяти, в каждом такте используется по разным оценкам 10⁴-10⁵ транзисторов. То есть имеет место простой значительной части оборудования, потенциально способного производить обработку данных. Конечно, простой оборудования имеет и некоторое достоинство при КМОП-технологии: это оборудование потребляет и выделяет мало электрической и тепловой энергии. При существующих на сегодня конструкциях корпусов микросхем проблема теплоотвода может стать решающей при выборе архитектуры кристалла. Однако на сегодня представляется, что на кристалле достаточно эффективно может быть реализована мультипроцессорная система из большого числа процессоров, каждый из которых имеет собственную небольшую встроенную память. Подобные вычислительные структуры обычно называют памятью с обработкой, многофункциональной памятью, интеллектуальной памятью и рядом других терминов.

Дата добавления: 2015-06-25