透 视 超 级 计 算 机 发 展 历 程（ 三）
共 享 内 存 和 海 量 并 行 处 理
---- 采 用 足 够 的 内 存 和 网 络 带 宽， 就 可 以 有 效 地 将 共 享 内 存 多 任 务 和 海 量 并 行 计 算 结 合 在 一 起。 在 共 享 内 存 多 处 理 器 机 器 或 者SMP 上 编 程 的 模 型， 假 定 有 足 够 的 内 存 带 宽， 可 以 保 证 单 个 任 务 的 关 联 数 据 能 够 以 比 完 成 计 算 少 得 多 的 时 间 从 共 享 内 存 读 入 处 理 器 高 速 缓 存， 同 时 也 能 写 回 内 存。内 存 服 务 器 和 计 算 服 务 器
---- 在 图1 所 示 的 新 计 算 层 次 上，SMP 将 充 当CPU 的 角 色，SMP 的 共 享 内 存 相 应 地 就 成 为CPU 的 高 速 缓 存。 有 两 个 关 键 因 素 使 前 述 的 单 一SMP 编 程 模 型 扩 展 成 为SMP 群 集 模 型 成 为 可 能。 第 一 就 是 全 局 共 享 模 型， 它 为 所 有SMP 的 共 享 提 供 了 基 本 的 数 据， 其 作 用 相 当 于 一 块 用 于 信 息 交 换 的 消 息 板， 因 此 不 必 有 任 务 之 间 的 直 接 通 信。 第 二 是 将 计 算 和 为 计 算 提 供 数 据 划 分 成 单 独 的 功 能 模 块。---- 这 种 模 型 将 每 个SMP 的 内 存 服 务 器 和 计 算 服 务 器 功 能 分 开， 从 而 使SMP 能 处 理 不 属 于 它 的 数 据。SMP 作 为 内 存 服 务 器 比 它 作 为 计 算 服 务 器 有 更 高 的 优 先 权。 一 个SMP 甚 至 能 充 当 一 个 内 存 服 务 器 而 不 需 完 成 任 何 计 算 任 务。
通 过 共 享 内 存 进 行 任 务 通 信
---- 为 了 克 服 低 带 宽， 必 须 最 大 程 度 地 重 用 数 据。 也 就 是 说 必 须 在 同 一 台SMP 上 保 留 数 据 的 当 地 工 作 拷 贝。 在 任 务 执 行 期 间， 不 仅 将 信 息 发 往 其 他SMP 任 务， 也 接 收 来 自 其 他SMP 任 务 的 信 息。 程 序 通 过 读 写 共 享 内 存 来 完 成 这 项 任 务。 由 于SMP 发 送 数 据 不 需 知 道 接 收 者 的 身 份， 反 之 亦 然， 因 此 程 序 相 对 来 讲 比 较 简 单。---- 当 不 能 得 到 来 自 另 一 任 务 的 必 需 数 据 时，SMP 任 务 必 须 休 眠， 同 时 另 一 个 任 务 开 始 执 行。 一 个 好 的 程 序 会 将 任 务 拖 延 的 可 能 减 至 最 小， 此 外SMP 任 务 切 换 也 是 不 可 避 免 的。 为 了 达 到 良 好 的 负 载 平 衡， 必 须 使 每 个SMP 同 时 进 行 多 个 任 务。
网 络 上 的 负 载 平 衡
---- 在 完 成 任 务 计 算 之 后， 该 任 务 的 所 有 数 据 要 从 本 地 的SMP 临 时 内 存 写 回 共 享 内 存。 然 后 群 集 中 的 其 他SMP 就 能 访 问 它 以 便 动 态 地 再 平 衡 计 算 负 载。---- 图1 中 的 机 器 概 念 构 建 了 这 种 编 程 模 型， 实 现 了 有 效 的 任 务 计 算 和 负 载 平 衡 。 尽 管 这 种 模 型 使 内 存 的 使 用 量 翻 倍， 但 它 能 通 过 简 单 的 程 序 循 环 根 据 先 来 先 服 务 的 原 则， 依 照 一 个 排 序 的 全 局 列 表 来 分 配SMP 任 务， 从 而 自 动 实 现 动 态 负 载 平 衡。
---- 因 此， 该 模 型 大 大 简 化 了 程 序， 使 任 何SMP 都 能 实 现 任 何 服 务， 与 此 同 时 它 也 使 网 络 带 宽 和 相 应 成 本 翻 倍。 但 这 一 切 是 值 得 的， 因 为 它 为 那 些 需 要 动 态 平 衡 负 载 的 不 规 则 问 题 的 程 序 开 发 带 来 了 好 处。
对 全 局 共 享 内 存 的 硬 件 支 持
---- 带 有 对 全 局 共 享 内 存 硬 件 支 持 的SMP 群 集 叫 做 分 布 式 共 享 内 存 机 器。 近 年 来 提 倡DSM 超 级 计 算 机 体 系 结 构。 无 论 有 无 这 种DSM 硬 件，SMP 群 集 计 算 都 是DoE's 加 速 策 略 计 算 创 新 的" 蓝 色" 平 台 选 择 的 焦 点。---- 在 过 去 的30 年 里， 超 级 计 算 机 的 设 计 得 益 于 向 量 处 理、 海 量 并 行 处 理 以 及 向 分 布 式 共 享 内 存 体 系 结 构 迈 进 过 程 中 的 变 化。DSM 或SMP 群 集 体 系 结 构 能 将 海 量 并 行 计 算 的 优 越 性 能 与 共 享 内 存 多 任 务 的 灵 活 性 结 合 起 来， 从 而 解 决 不 规 则 问 题。 然 而， 像 所 有 的 超 级 计 算 机 系 统 一 样， 这 些 新 机 器 只 是 非 常 适 合 于 某 一 特 定 的 数 值 计 算。 优 惠 算 法 的 实 用 性、 易 实 现 性 以 及 这 些 算 法 能 达 到 的 每 秒 浮 点 运 算 次 数， 将 决 定 这 些 计 算 机 的 科 学 的 输 出。 正 是 这 种 科 学 的 输 出 才 是 真 正 衡 量 超 级 计 算 机 的 最 终 标 准。 ◎
---- （ 冯 洁 ／ 编 译）
---- 图 片 说 明： 一 个 由1024 个 处 理 器 分 级 组 织 的 机 器。 这 种 机 器 能 够 实 现 包 含 海 量 并 行 计 算 和 共 享 内 存 多 任 务 的 编 程 模 式。
---- 编 者 按： 计 算 机50 年， 是 一 部 绚 丽 多 姿 的 人 类 科 技 传 奇， 一 年 连 载 所 能 记 述 的 也 只 是 冰 山 之 一 角。 鉴 古 知 今， 才 能 继 往 开 来， 下 一 个50 年 之 后， 世 界 如 何 看 待 我 们 今 天 的 所 思 所 行 ？ 电 脑 科 技 是 否 依 然 如 此 辉 煌 ？ 欢 迎 大 家 来 信 畅 谈 自 己 的 感 想。
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