计算机系统结构第八章并行处理机(广工)研究.ppt

* * * 图8.11 CM-2的系统结构 * 1 处理阵列 CM-2是一台数据并行计算的后端机 处理阵列包含4K到64K个位片数据处理器(或PE) 数据处理器由定序器控制 定序器对来自前端机的微指令进行译码，然后把毫微指令广播到阵列中各个处理器 前端机 定序器 处理器 指令 微指令 毫微指令 所有处理器可同时访问它们的存储器，以锁步方式执行广播来的指令 处理器之间通过寻径、NEWS网格(NEWS gird)或扫描机构(scanning mechanism) 相互交换数据 这些网络也与I/O接口相连 称为数据穹(data vault)的大容量存储器子系统与I/O相连 数据穹是基于磁盘的海量存储系统，用来存放程序文件和大数据库。可存储多达60G字节的数据 * 1 处理阵列 每个处理器结点包括32个位片数据处理器、一个可选的浮点加速器和处理器之间通信的接口 每个数据处理器用3个输入和2个输出的位片ALU、锁存器和存储器接口实现 ALU可执行位串全加操作和布尔逻辑操作 每个结点有一对处理器芯片，共享一组存储器芯片 每个处理芯片有16个处理器 称为Pairs的并行指令系统包括许多毫微指令 用于存储器的装入和存储、算术和逻辑运算、寻径器控制、NEWS网格控制、超立方体接口控制、浮点运算、I/O和诊断操作 每个存储器芯片由一对处理器芯片的32个处理器共享-不划分到位 存储器数据路径宽度22位(16位数据--16P每个1位和6位ECC) 18位存储器地址允许32个处理器共享2^18=256K个存储器字(512K字节数据) 浮点芯片一次执行32位的操作--对应两个芯片的32个P(32位)。中间计算结果可存入存储器供后续运算使用 整数算术运算直接由32个处理器以位串方式执行 * 两个处理器芯片、一组存储器和浮点芯片组成的CM-2处理结点 * 2 寻径器、NEWS网格和扫描机构 (1) 寻径器 每个处理器芯片包含一个用于处理器之间数据寻径的专门硬件 所有处理器芯片上的寻径器结点连成一个布尔n-立方体 CM-2最大配置4096个寻径器结点，连成一个12维超立方体 每个寻径器结点与12个其它寻径器结点相连接，其中包括它的对偶结点在内 同一结点上的16个处理器在发送消息给12-立方体另一顶点上的任一处理器时具有相同的能力 * 例 12-立方体的每个顶点上的处理器编号为0到15 4096个顶点的超立方体的寻径器编号为0到4095 第7号寻径器结点上的第5号处理器在整个系统中的编号为16x7+5=117要发送一个消息给处理器361。处理器361位于第22号结点的第9号处理器(16x22+9=361) 寻径器结点 7=(000000000111)2 寻径器结点22=(000000010110)2 这两个二进制编号在维0和维4不同 这一消息一定通过维0和维4到达它的目的结点 如果不存在争用超立方体连线现象，消息从寻径器结点7开始 沿维0方向传到寻径器结点6=(00000000110)2 再沿维4方向传到寻径器结点22 如果寻径器点7号的另一消息正在使用维0方向的连线，为避免发生通道冲突 沿维4方向传到寻径器结点23=(000000010111)2 再沿维0方向到达最终的目的结点 * (2) NEWS网格 每个处理器芯片中的16个物理处理器可以排列成8x2，1x16，4x4，4x2x2或2x2x2x2等形式的2维，3维，4维网格 规定每个物理处理器有64个虚拟处理器。可想象这64个虚拟处理器在芯片中排列成8x8网格---?intel的超线程 NEWS网格 基于各种不同配置网格的每个处理器都有东、南、西、北4个邻居这一基础 可选择一部分超立方体的连线把2^12个结点连成一个任意形状的二维网格 64x64是一种可能的网格形状，可完成64个分量64位运算 每个结点的内部网格与全局网格结合在一起，可把处理器排列成任意维、任何形状的NEWS网格 灵活的处理器间互连方式使数据非常有效地沿着根据应用要求而建立的专门网格进行传递 ---对P进行拆分、组合构成阵列实现所需的二进制向量运算 * (3) 扫描机构 除通过超立方体寻径器可动态重构NEWS网格，CM-2还有专门的硬件支持对整个NEWS网格的扫描或传播 这是很有效的并行操作，在整个阵列中进行快速的数据组合和传播 对NEWS网格扫描是把通信和计算结合在一起 可沿某一维方向同时对网格的每一行扫描，求出该行的部分和、找出最大值或最小值、进行按位或、与、异或计算 扫描操作可扩展到对整个阵列的所有元素进行 传播能将一个数据传送给其它芯片上的处理器 一位二进制数只用75步就可沿着超立方体连线从一个芯片送到所有其它芯片 为便于访问，各种形式的扫描和传播操作设计在Pairs指令中 ---从二进制向量还原、重构