stringtranslate.com

Крей XMT

Cray XMT ( Cray eXtreme MultiThreading , [1] под кодовым названием Eldorado [2] ) — это масштабируемая многопоточная суперкомпьютерная архитектура с общей памятью от Cray , основанная на третьем поколении архитектуры Tera MTA , ориентированная на большие графовые задачи (например, семантические базы данных, большие данные). , сопоставление с образцом ). [3] [4] [5] Представленный в 2005 году, он заменяет ранее неудачный Cray MTA-2 . Он использует процессоры Threadstorm3 внутри блейд-серверов Cray XT3 . Разработанный для использования стандартных деталей и существующих подсистем для других коммерческих систем, он устранил недостатки Cray MTA-2, связанные с высокой стоимостью полностью индивидуального производства и поддержки. [2] Он внес ряд существенных улучшений по сравнению с Cray MTA-2, в первую очередь почти утроив пиковую производительность, а также значительно увеличил максимальное количество процессоров до 8192 и максимальный объем памяти до 128 ТБ с максимальным объемом TLB данных 512 ТБ. [2] [3]

Cray XMT использует скремблированную [3] модель памяти с адресацией по содержимому [6] на модулях DDR1 ECC для неявной балансировки нагрузки доступа к памяти во всем общем глобальном адресном пространстве системы. [5] Использование 4 дополнительных битов расширенной семантики памяти ( полный/пустой , переадресация и 2 бита ловушки ) на каждое 64-битное слово памяти обеспечивает облегченную и детальную синхронизацию всей памяти. [7] Аппаратные прерывания отсутствуют, а аппаратные потоки распределяются инструкцией, а не ОС. [5] [7]

Фронтальная часть (узлы входа в систему, ввода-вывода и другие сервисные узлы, использующие процессоры AMD Opteron и работающие под управлением SLES Linux ) и серверная часть (вычислительные узлы, использующие процессоры Threadstorm3 и работающие под управлением MTK, простого микроядра на базе BSD Unix [3] ) взаимодействовать через интерфейс LUC (Lightweight User Communication), двунаправленный клиент/серверный интерфейс в стиле RPC . [1] [5]

Threadstorm3

Threadstorm3 (называемый «процессором MT» [2] и Threadstorm перед XMT2 [8] ) — это 64-битный одноядерный процессор VLIW (совместимый с 940-контактным разъемом Socket 940 , используемым процессорами AMD Opteron ) со 128 аппаратными потоками , на каждый можно сопоставить программный поток (фактически создавая 128 аппаратных потоков на каждый ЦП), работающий на частоте 500 МГц и использующий набор инструкций MTA или его расширенный набор. [7] [9] [nb 1] Имеет 4-канальный ассоциативный буфер данных емкостью 128 КБ. Каждый Threadstorm3 имеет 128 отдельных наборов регистров и программных счетчиков (по одному на каждый поток), которые практически [10] полностью переключаются по контексту в каждом цикле. [5] Его расчетная пиковая производительность составляет 1,5 GFLOPS . Он имеет 3 функциональных блока (память, объединенное умножение-сложение и управление), которые получают операции из одной и той же инструкции MTA и работают в одном и том же цикле. [7] Каждый поток имеет 32 регистра общего назначения, 8 целевых регистров и слово состояния, содержащее счетчик программ. [6] Высокоуровневый контроль распределения заданий между потоками невозможен. [5] [nb 2] Из-за длины конвейера MTA, равной 21, каждый поток выбирается для повторного выполнения инструкций не ранее, чем через 21 цикл. [11] TDP процессорного пакета составляет 30 Вт. [ 12]

Благодаря переключению контекста на уровне потока в каждом цикле производительность процессоров Threadstorm не ограничивается временем доступа к памяти. В упрощенной модели в каждом такте выполняется инструкция из одного из потоков, а другой запрос памяти ставится в очередь с пониманием того, что к моменту готовности следующего раунда выполнения запрошенные данные поступят. [13] Это противоречит многим традиционным архитектурам, которые тормозят доступ к памяти. Архитектура превосходна в схемах обхода данных, где последующий доступ к памяти не может быть легко предсказан и, следовательно, не подходит для традиционной модели кэша. [1] Главным архитектором Threadstorm был Бертон Дж. Смит . [1]

Крей XMT2

Cray XMT2 [3] (также «XMT следующего поколения» [8] или просто XMT [6] ) — масштабируемый многопоточный суперкомпьютер с общей памятью от Cray , основанный на четвертом поколении архитектуры Tera MTA . [5] Представленный в 2011 году, он заменяет Cray XMT, у которого были проблемы с точками доступа к памяти. [8] Он использует процессоры Threadstorm4 внутри блейд-серверов Cray XT5 и увеличивает объем памяти в восемь раз до 512 ТБ, а пропускную способность памяти в три раза (300 МГц вместо 200 МГц) по сравнению с XMT за счет использования вдвое большего количества модулей памяти на узел и DDR2. [6] [8] В нем представлено соединение Node Pair Link между Threadstorm, а также узлы, использующие только память, с пакетами Threadstorm4, у которых отключены компоненты CPU и HyperTransport 1.x. [5] Базовая модель зашифрованной памяти с адресацией по содержимому была унаследована от XMT. XMT2 использует 2 дополнительных бита EMS ( полный/пустой и расширенный ) вместо 4, как в XMT.

Threadstorm4

Threadstorm4 (также «Threadstorm IV» [1] и «Threadstorm 4.0» [nb 3] ) — это 64-битный одноядерный процессор VLIW (совместимый с 1207-контактным разъемом Socket F , используемым процессорами AMD Opteron ) со 128 аппаратными потоками, очень похож на своего предшественника Threadstorm3. Он оснащен улучшенным контроллером памяти с поддержкой DDR2 и дополнительными 8 регистрами ловушек на поток. Cray намеренно отказался от контроллера DDR3, сославшись на повторное использование существующей инфраструктуры Cray XT5 [nb 4] и более короткую длину пакета, чем у DDR3. [nb 5] Хотя более длинная длина пакета может быть компенсирована более высокими скоростями DDR3, это также потребует большей мощности, чего инженеры Cray хотели избежать. [8]

Скорпион

После запуска XMT Крэй исследовал возможный многоядерный вариант Threadstorm3, получивший название «Скорпион» . Большинство функций Threadstorm3 будут сохранены, включая мультиплексирование множества аппаратных потоков в конвейер выполнения и реализацию дополнительных битов состояния для каждого 64-битного слова памяти. Позже Крэй отказался от проекта «Скорпион», и в рамках проекта не было произведено ни одного чипа. [3]

Будущее

Разработка Threadstorm4, как и всей архитектуры MTA, молча завершилась после XMT2, вероятно, из-за конкуренции со стороны обычных процессоров, таких как Intel Xeon [14] и, возможно, Xeon Phi , хотя Cray никогда официально не прекращал выпуск ни XMT, ни XMT2. С 2020 года Cray удалила всю клиентскую документацию по XMT и XMT2 из своего онлайн-каталога.

Пользователи

Cray XMT2 был куплен несколькими федеральными лабораториями и академическими учреждениями, а также некоторыми коммерческими клиентами HPC: например, CSCS (2 ТБ глобальной памяти с 64 процессорами Threadstorm4), [15] Noblis CAHPC. [16] Большинство систем на базе XMT и XMT2 будут выведены из эксплуатации к 2020 году.

Примечания

  1. ^ Tera MTA ISA имеет закрытый исходный код, и только из-за презентации на семинаре, подтверждающей обратную совместимость с предыдущими системами MTA, ISA, используемая в процессорах Threadstorm, не может быть подмножеством MTA ISA.
  2. ^ Хотя неизвестно, возможно ли это на уровне инструкций.
  3. ^ На физической упаковке.
  4. ^ Несмотря на то, что Cray XT6 на базе DDR3 был выпущен в 2009 году, за два года до XMT2.
  5. ^ Поскольку Cray XMT в основном работает с произвольным доступом к одному 8-байтовому слову и имеет 128-битный канал памяти, при длине пакета DDR2 4 обычные накладные расходы составляют 56 байт. DDR3 с длиной пакета 8 увеличит обычные накладные расходы до 120 байт.

Рекомендации

  1. ^ abcde «Почему uRiKA так быстро выполняет граф-ориентированные запросы?». Блог YarcData . 14 ноября 2012 г. Архивировано из оригинала 14 февраля 2015 г.
  2. ^ abcd Фео, Джон; Харпер, Дэвид; Кахан, Саймон; Конечный, Петр (2005). «Эльдорадо». Материалы 2-й конференции по передовым технологиям вычислений - CF '05 . Искья, Италия: ACM Press. п. 28. дои : 10.1145/1062261.1062268. ISBN 978-1-59593-019-4.
  3. ^ abcdef Падуя, Дэвид, изд. (2011). Энциклопедия параллельных вычислений. Бостон, Массачусетс: Springer US. стр. 453–457, 2033. doi : 10.1007/978-0-387-09766-4. ISBN 978-0-387-09765-7.
  4. ^ Мизелл, Дэвид; Машхофф, Кристин (2009). «Ранний опыт работы с крупномасштабными системами Cray XMT». 2009 Международный симпозиум IEEE по параллельной и распределенной обработке . стр. 1–9. дои : 10.1109/IPDPS.2009.5161108. ISBN 978-1-4244-3751-1. S2CID  1964042.
  5. ^ abcdefgh Молтби, Джеймс (2012). Cray XMT Модель многопоточного программирования. «Использование Cray XMT следующего поколения (uRiKA) для крупномасштабного анализа данных». Швейцарский национальный суперкомпьютерный центр .
  6. ^ Обзор системы abcd Cray XMT™ (S-2466-201) (PDF) . Крей . 2011. Архивировано (PDF) из оригинала 3 декабря 2012 года . Проверено 12 мая 2020 г.
  7. ^ abcd Конечный, Петр (2011). Представляем Cray XMT (PDF) . Крей.
  8. ^ abcde Kopser A, Vollrath D (май 2011 г.). Обзор Cray XMT следующего поколения (PDF) . 53-е собрание группы пользователей Cray, CUG 2011. Фэрбенкс, Аляска . Проверено 14 февраля 2015 г.
  9. ^ Программирование Cray XMT (PDF) . Крей. 2012. с. 14.
  10. ^ Картер, Ларри и Фео, Джон и Снейвли, Аллан. (2002). Опыт производительности и программирования на Tera MTA .
  11. ^ Снавли, А.; Картер, Л.; Буасо, Ж.; Маджумдар, А.; Кан Су Гатлин; Митчелл, Н.; Фео, Дж.; Кобленц, Б. (1998). «Многопроцессорная производительность Tera MTA». Материалы конференции IEEE/ACM SC98 . Орландо, Флорида, США: IEEE. п. 4. дои :10.1109/SC.1998.10049. ISBN 978-0-8186-8707-5. S2CID  8258396.
  12. ^ Брошюра Cray XMT (PDF) . Крей . 2005. Архивировано из оригинала (PDF) 24 декабря 2016 года.
  13. ^ Неплоча Дж., Маркес А., Петрини Ф., Чаваррия-Миранда Д. (2007). «Нетрадиционные архитектуры для наук с высокой пропускной способностью» (PDF) . Обзор SciDAC . Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (5, осень 2007 г.): 46–50. Архивировано из оригинала (PDF) 14 февраля 2015 года . Проверено 14 февраля 2015 г.
  14. ^ «Технический директор Cray соединяет точки будущих межсоединений» . Следующая платформа . 8 января 2016 года . Проверено 2 мая 2016 г. Стив Скотт: С Xeon это можно сделать просто великолепно. Мы не планируем создавать еще один процессор ThreadStorm. Но для этого требуются некоторые программные технологии, заимствованные из наследия ThreadStorm.
  15. ^ "CSCS Маттерхорн". Швейцарский национальный суперкомпьютерный центр .
  16. ↑ Сорин, Нита (16 декабря 2011 г.). «Cray представляет суперкомпьютер XMT на базе собственных 128-поточных процессоров». Новости софтпедии .