高性能计算


计算机互联技术

静态互连技术

静态互连技术:节点内部部件之间的网络连接是固定不变的,在程序运行时,部件之间的连接不会因程序运行阶段的改变而改变。

  • 描述网络特性的指标:

    • 节点
    • 节点度:网络节点(顶点)的度是指和该节点(顶点)相关联的边的条数。
    • 网络直径:是指网络中任意两节点间的最长距离,一般用链路树来度量。通常要提高网络传输的品质和速度下,网络直径就会减小。
    • 对剖宽度:是指对分网络所要移去的最少边数
    • 对称网络
    • 嵌入:将一个网络A嵌入到另一个网络B中是指将A中的各节点映射到B的节点。膨胀系数(Dilation)膨胀系数是指被嵌网络在主嵌网络中对应的边数(即链路数)。如果系数为1,则称为完美嵌入。例如,2-D环绕可完美嵌入到超立方体连接中去。
  • 连接方式

    • 一维线性连接:网络中每个节点只与相邻的左右两个节点相连。假设有n个节点,节点的度是2,网络直径为n-1,对剖宽带为1。是非对称网络。
    • 网孔连接:在平面网孔连接中,各处理器与上下左右四个处理器相连;一般的,p维网孔连接就是指处理器位于p维网格格点上的连接。下面我们在平面网孔中讨论问题。设网孔有m个处理器,则构成了一个的正方形网络,我们可以看到,它的网络直径为,对剖宽度为。
    • 超立方连接:一个4维的超立方体在三维空间中的投影是由两个立方体连接而成的,编号平面的方向和连接方向是一样的。对于一个节点的n维超立方连接,显然它的网络直径是n,对剖宽度为N/2。
    • 树连接:主要是二叉树连接

动态互连技术

动态互连的网络链路可以随程序的需求改变连接状态。动态网络在内部的许多网络交叉点设有开关单元,它们可以控制网络的连接方式。开关单元包括电子开关,选路器,仲裁器等

  • 描述网络特性的指标

    • 单位处理器带宽:每个处理器能分到的带宽量。
    • 开关数:因为动态网络在内部的许多网络交叉点设有开关单元,它们可以控制网络的连接方式。所以开关数是衡量网络性能的重要指标。
    • 线路数:网络的总线路数与单位链路的线宽有关,也有可能与网络节点数有关。
  • 总线网络

    • 总线连接

      • 系统总线

        • 数据总线:数据总线,地址总线,控制总线
        • 公用总线:时钟信号线,电源线
        • 仲裁总线:请求线,授权线
        • 中断和同步总线
    • CPU总线
    • I/O总线
  • 交叉开关:以矩阵配置排列的开关集合。交叉开关有多条输出线路,这些线相互纵横交错形成很多交叉点。在这些交叉点处有控制连接的元件来控制线路的连通与断开。
  • 多级互连网络:是一种高速网络,它通常用于处理器和存储器之间的连接,使用一组分阶段相互连接的开关元件构成网路。

并行计算系统结构

SMP对称多处理机

在对称多处理器系统中,所有处理器的地位都是相同的,所有的资源,特别是存储器、中断及I/O空间,都具有相同的可访问性,消除了结构上的障碍。

  • 缺点:

    • 部分程序在SMP下可能有效率底下的问题
    • SMP需要保持高速缓存的一致性

    PVP并行向量处理机(Parallel Vector Processor)

    其内部含有为数不多、功能强大的定制向量处理器,以及定制的高带宽纵横交叉开关和高速数据访问。其价格十分昂贵,因为其组件都需定制,一般适用于国家部门。

    MMP大规模并行处理机(Massively Parallel Processor)

    其规模大,性能好。

    DSM分布式共享存储器(Distributed Shared Memory,DSM)

    在DSM中,每个节点都有本地内存,所有的节点都有一个共享空间。

每个并行系统不同节点之间通过高速网络进行连接。
并行系统与外部计算环境,一般通过局域网实现。

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