Multiprocessadores e clusters

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9
Multiprocessadores
e Clusters

Existem, no mar, peixes mais finos
do que os que já foram pescados.
Provérbio irlandês

9.1

Introdução

9-4

9.2

Programando multiprocessadores

9.3

Multiprocessadores conectados por um único barramento

9.4

Multiprocessadores conectados por uma rede

9.5

Clusters

9.6

Topologias de rede

9.7

Multiprocessadores nointerior de um chip e multithreading

9.8

Vida real: o cluster de PCs do Google

9.9

Falácias e armadilhas 9-32

9-7
9-9

9-17

9-21
9-22
9-25

9-28

9.10

Comentários finais

9-34

9.11

Perspectiva histórica e leitura adicional 9-38

9.12

Exercícios

9-44

Os cinco componentes clássicos de um computador

Computador

Computador

Rede

ComputadorComputador

9-4

Capítulo 9

“Sobre as
montanhas da lua,
pelo vale das
sombras, cavalgue,
cavalgue
corajosamente.”
Respondeu a
sombra: “Se você
procurar o
Eldorado!”

ELSEVIER

Multiprocessadores e Clusters

9.1

Introdução

Há muito tempo, os arquitetos de computadores têm buscado o El Dorado do projeto de computadores: criar computadores poderosos simplesmente conectandomuitos computadores menores existentes. Essa visão dourada é a origem dos multiprocessadores. O cliente pede tantos processadores
quantos seu orçamento permitir e recebe uma quantidade correspondente de desempenho. Portanto,
os multiprocessadores podem ser escaláveis: o hardware e o software são projetados para serem vendidos com um número variável de processadores, com algumas máquinas variando porum fator de
Edgar Allan Poe,
mais de 50. Como o software é escalável, alguns multiprocessadores podem suportar operar mesmo
“Eldorado”,
com a ocorrência de quebras no hardware; ou seja, se um único processador falhar em um multiprostanza 4, 1849
cessador com n processadores, o sistema fornece serviço continuado com n – 1 processadores. Finalmente, os multiprocessadores possuem o desempenhoabsoluto mais alto – mais rápido do que o unimultiprocessador
processador mais rápido que existe.
Processadores em
paralelo com um único
A boa notícia é que o multiprocessador estabeleceu uma cabeça de ponte. Tendo em mente que o
endereço compartilhado microprocessador é hoje o processador mais econômico, é consenso que se você não pode tratar um
cluster Um conjunto workload em ummicroprocessador, então, um multiprocessador ou um cluster composto de muitos
microprocessadores é mais econômico do que construir um processador de alto desempenho por
de computadores
conectados por uma
meio de uma tecnologia exótica. Há muitas aplicações científicas em que é extremamente difícil farede local (LAN) que
zer progresso com um único microprocessador: previsão de tempo, cruzamento deproteínas e mesfunciona como um
mo pesquisa de inteligência extraterrestre. Portanto, a Figura 9.1.1 mostra que a indústria da compuúnico e grande
tação de alto desempenho depende dos multiprocessadores e dos clusters.
multiprocessador.

SIMD (Single Instruction Multiple Data)
500

Cluster
(rede de estações
de trabalho)
Cluster
(rede de
SMPs)

400

300
MPPs
(Massively
ParallelProcessors)

200

100

SMPs
(Shared
Memory
Multiprocessors)

0
93 93 94 94 95 95 96 96 97 97 98 98 99 99 00

Uniprocessadores
FIGURA 9.1.1 Representação dos primeiros 500 supercomputadores em uma década. Os números para
1993/1998/2003 são 93/0/0 para uniprocessadores, 251/175/0 para SMPs, 121/310/165 para MPPs, 35/0/0 para SIMDs,
0/14/127 para clusters de SMPs e 0/1/208 para clusters deestações de trabalho. Observe que nos últimos cinco anos, os uniprocessadores, os SMPs e os SIMDs desapareceram, enquanto os clusters de vários tipos cresceram de 3% para 67%. Além
disso, a maioria dos MPPs na lista parece semelhante aos clusters. O desempenho é medido como a velocidade de execução
do Linpack, que resolve um denso sistema de equações lineares. Essa lista em www.top500.org é...
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