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MC722 – Projeto de Sistemas Computacionais

ARQUITETURAS VETORIAIS

Marcelo Oliveira de Paiva 016762 Marcelo Picolo Khoury 951119 João Eduardo Ferreira Bertacchi 016364

1. Introdução
O processamento vetorial está intimamente associado ao conceito de supercomputador. Assim como a maioria das técnicas de arquitetura para conseguir alto desempenho, ele explora a regularidade da estrutura aser computada, no caso, o fato de que muitos códigos contêm laços que varrem vetores lineares de dados, realizando operações simétricas. Podem ser imaginadas diversas aplicações para estes processadores. Podemos citar simulações climáticas, seqüenciamento do genoma, cálculos científicos (mecânica dos fluidos, por exemplo), processamento de imagens, entre muitas outras. Todas estas aplicaçõesenvolvem o processamento de uma quantidade imensa dados de modo relativamente simétrico. Nada mais lógico do que utilizar processadores vetoriais, os quais nasceram justamente para resolver estes problemas. Neste trabalho veremos um breve histórico do desenvolvimento dos processadores vetoriais seguido do estudo do primeiro computador a utilizar esta tecnologia na forma plena, o Cray-1. Em seguidafaremos uma análise mais aprofundada sobre como funciona a arquitetura vetorial. Para terminar, serão apresentados dois casos atuais em que o processamento vetorial é utilizado: ESC e Cell.

2. Histórico
A primeira vez que se ouviu falar em processamento vetorial foi no inicio da década de 1960 na Westinghouse Electric Corporation durante o projeto Solomon. Sua meta era aumentar o desempenhomatemático, utilizando-se de uma grande quantidade de co-processadores matemáticos sob o controle de uma única CPU. Isso permitiria que um conjunto de dados, agrupados num vetor, fosse processado por instruções especiais. Em 1962 o projeto foi cancelado e, mais tarde, retomado pela Universidade de Illinois. Iniciaram com a meta de atingir 1Gflops, mas no final só conseguiram 150Mflops. Outros projetos seseguiram a este. Foram criados o STAR-100, da CDC e o ASC, da Texas Instruments. Ambos não obtiveram sucesso; no caso do ASC por trabalhar com vetores muito pequenos (quatro elementos) e no caso do STAR-100 por ser mais lento que os computadores da CDC que não se utilizavam da arquitetura vetorial. A técnica só foi utilizada eficientemente em 1976, por Seymour Cray. Ele foi o fundador da CrayResearch e, durante cerca de 30 anos, a resposta para a pergunta: “Quem fabrica o computador mais rápido de todos?”. O supercomputador Cray-1 foi o primeiro a se beneficiar de uma arquitetura

vetorial. Diferentemente do ASC e do STAR-100, que trabalhavam com os dados em memória, este possuía registradores vetoriais, que faziam com que o processamento dos dados fosse diversas vezes mais rápido queseus concorrentes vetoriais. Após o uso em caráter de teste durante seis meses, foi adquirido pela NCAR (National Center for Atmospheric Research), o primeiro cliente da Cray

Research, pelo valor de US$8,86 milhões. O supercomputador, que pesava 5,5 toneladas e possuia um sistema de refrigeração a gás freon, era capaz de atingir o pico de 133 Megaflops com seus 8MB de memória de altodesempenho. Com o desenvolvimento desta nova arquitetura, tornou-se necessária a criação de um pacote de software voltado para ela. Foram lançados então, em 1978, um sistema operacional (COS – Cray Operating System), o primeiro compilador Fortran com vetorização automática (CFT) e a Cray Assembler Language (CAL). Outras máquinas se seguiram após o Cray-1. A CDC, por exemplo, deu sua última cartada nomercado de supercomputadores com o ETA-10. Este foi um fracasso de vendas, o que serviu para que a companhia abandonasse completamente o ramo dos computadores de alto desempenho. Diversas companhias japonesas (Fujitsu, Hitachi e NEC) passaram a desenvolver computadores similares ao Cray-1, com relativo sucesso. Porém Cray continuou sendo o líder de desempenho com a série de máquinas Cray-2, Cray...
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