МВС-1000 - Архитектура и системное ПО

Общее описание архитектуры

Основой системы является масштабируемый массив процессорных узлов. Каждый узел содержит вычислительный микропроцессор Alpha 21164 с производительностью 2 GFLOPS при тактовой частоте 500 MHz и оперативную память объемом 128 MB, с возможностью расширения.

Процессорные узлы взаимодействуют через коммуникационные процессоры TMS320C44 производства Texas Instruments, имеющие по 4 внешних канала (линка) с общей пропускной способностью 80 Мбайт/с (20 Мбайт/с каждый). Также разрабатывается вариант системы с использованием коммуникационных процессоров SHARC (ADSP 21060) компании Analog Devices, имеющих по 6 каналов с общей пропускной способностью до 240 Мбайт/с (40 Мбайт/с каждый).

Топология сети

Процессорные узлы связаны между собой по оригинальной схеме, сходной с топологией двухмерного тора (для 4-линковых узлов). Структурный модуль (рис.1) состоит из 16 вычислительных модулей, образующих матрицу 4x4. При этом четыре угловых элемента матрицы соединяются через транспьютерные линки по диагонали попарно. Оставшиеся 12 линков преднзаначаются для подсоединения внешних устройств (4 линка угловых ВМ) и соединений с подобными ВМ. Максимальная длина пути в таком структурном модуле равна трем (против шести в исходной матрице 4x4).

Рис. 1. Структурный модуль системы, решетка 4x4

Конструктивным образованием МВС-1000 является базовый вычислительный блок, содержащий 32 вычислительных модуля (рис. 2). Максимальная длина пути между любыми между любыми из 32 вычислительных модулей равна пяти, как в булевском гиперкубе. При этом число свободных линков после комплектации блока составляет 16, что позволяет продолжить процедуру объединения. Возможна схема объединения двух базовых блоков в 64-процессорную систему приведена на рис. 3.

Рис. 2. Базовый вычислительный блок, 32 вычислительных модуля.

Рис. 3. Топология 64-процессорной системы МВС-1000.

Рис. 4. Структура 128-процессорной системы МВС-1000, 4 базовых блока.

Конструктивные решения МВС-1000

Процессорный узел смонтирован на типовой многослойной плате. В конструктивном модуле в виде стандартной стойки размером 0.6x0.8x2.2 м³ размещается до 64 узлов с системой электропитания и охлаждения. Вес стойки - 200 кг, электропотребление - 4 кВт. Система МВС-1000 с производительностью до 1 TFLOPS состоит из 8 стоек (512 узлов).

Внешний доступ и управление системой

Для управления массивом процессоров и внешними устройствами, а также для доступа к системе извне используется так называемый хост-компьютер (управляющая машина). Обычно это рабочая станция AlphaStation с процессором Alpha и операционной системой Digital Unix (Tru64 Unix) или ПК на базе Intel с операционной системой Linux.

Программное обеспечение

Пользователям предоставляются компиляторы языков Fortran 77 и C/C++. Коммуникационное ПО в МВС-1000 строится на основе специализированной транспортной службы Router+. На базе Router+ реализована адаптированная к МВС-1000 реализация интерфейса параллельного программирования MPI. Аналогично могут быть реализованы интерфейсы PVM, GNS, DVM, HPF и др. Пользователи могут также вызывать функции Router+ непосредственно в своих программах. В планах разработчиков также поддержка на вычислительных узлах стандартных протоколов TCP/IP.

Для задач визуализации разработана специализированная библиотека GraphLib.

В настоящее время производится разработка системы управления очередями и распределения нагрузки, а также адаптация системы профилирования и трассировки параллельных программ.