森/RPR2009/chapter4.1
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[[森/RPR2009]]
#contents
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**並列処理の依存へ向う理由 [#k591451b]
-サーバとその性能に対する関心の高まり
-Data-intensiveアプリケーションの増大
-デスクトップトップコンピュータの性能向上はそれほど重要ではないということ
-マルチプロセッサを効率よく使用するためにはどうしたら良いかという理解の改善。特に膨大なスレッドレベル並列性が自然に存在するサーバ環境において。
-個々を独立に設計するよりも複製を利用して設計を行える利点。
**並列アーキテクチャの分類 [#e618a7f1]
-SISD
--1つの命令で1つのデータを扱う処理方式。SIMDやMIMDとの対比に用いられる用語である。
-SIMD
--1つの命令で複数のデータを扱う処理方式。DSPやスーパーコンピュータで利用されている。
-MISD
--複数の命令で1つのデータを扱う処理方式。このタイプの商用マルチプロセッサは作られることはなかった。
-MIMD
--複数のマイクロプロセッサを搭載した並列コンピュータ上で、複数のプロセッサが複数の異なるデータを並行処理する方式。MIMDコンピュータは複数のスレッドが並列に動作するため、スレッドレベル並列性を利用する。一般的にデータレベルの並列性よりも柔軟性がたかいので、一般的に適用しやすい。
**MIMDモデル [#x3cfa026]
-MIMD型が脚光を浴びた理由
--MIMD型マルチプロセッサには、柔軟性があり、MIMDは、1つのアプリケーションのための高性能に焦点を当てたシングルユーザーのマルチプロセッサとして機能することができたり、複数のタスクを実行するマルチプログラム化されたマルチプロセッサとして機能することもできる。
--MIMD型マルチプロセッサは、既成のプロセッサのコストパフォーマンスの良さを生かして作ることができる。実際、今日作られたプロセッサのほとんど全ては、ワークステーションやシングルプロセッササーバマイクロプロセッサと同じものを使用している。
-MIMD型マルチプロセッサの普及したものにクラスタがある。
--コモディティクラスタ(市場に流通している商品がメーカーごとの個性を失い、消費者にとっては何処のメーカーの品を購入しても大差ない状態のことである。)
--カスタムクラスタ(通常膨大な並列性を有する1つの問題をとくための並列アプリケーションに特化したもの)
**集中共有メモリアーキテクチャ [#x7ae6ef7]
-多くても数10個のプロセッサチップを持つもの。少数のプロセッサをもつマルチプロセッサであれば、プロセッサが1つのメモリを共有することは可能である。
**共有メモリマルチプロセッサ [#cec88fbe]
-分散メモリ型マルチプロセッサの基本的なアーキテクチャは、プロセッサ、メモリ、I/O、すべてのノードを結ぶ相互結合網インターフェースから構成される。
-物理的に分散したメモリを持つマルチプロセッサから構成される。
-多数のプロセッサをサポートするためには、メモリを集中させるより、プロセッサの間に分散させなくてはならない。そうしなければ、メモリシステムは極めて長いアクセス遅延をなくしてプロセッサのバンド幅の要求にこたえることはできない。
-分散メモリの2つの利点
--アクセスの大部分が、ノード内においてローカルなメモリに対するものであれば、分散メモリは、メモリバンド幅を軽減することで、コストを減らすことができる。
--分散メモリは、アクセス遅延時間を削減することとなる。
-分散メモリの欠点
--プロセッサ間のデータ通信が複雑化すること、メモリバンド幅を活用するためには、ソフトウェアの工夫が必要となる。
**メモリ構造について [#z254b990]
**並列処理の課題 [#n0a878be]
-アムダールの法則によって説明できる2つの重要なハードルがある。
--プログラムにおける並列性の限界から生じるもの
--比較的たかい通信のコストから生じるもの
-解決策
--不十分な並列性の問題については、新しいアルゴリズムを利用し、アプリケーションが、より並列性能を発揮するように改善すること
--リモート通信処理による、長いレイテンシ問題については、アーキテクチャとプログラマが、共有データをキャッシュするようなハードウェアや、ローカルなアクセスを増やすよう、データを再構築するようなソフトウェアにより、リモートアクセスの頻度を減らすことによって改善することができる。
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**並列処理の依存へ向う理由 [#k591451b]
-サーバとその性能に対する関心の高まり
-Data-intensiveアプリケーションの増大
-デスクトップトップコンピュータの性能向上はそれほど重要ではないということ
-マルチプロセッサを効率よく使用するためにはどうしたら良いかという理解の改善。特に膨大なスレッドレベル並列性が自然に存在するサーバ環境において。
-個々を独立に設計するよりも複製を利用して設計を行える利点。
**並列アーキテクチャの分類 [#e618a7f1]
-SISD
--1つの命令で1つのデータを扱う処理方式。SIMDやMIMDとの対比に用いられる用語である。
-SIMD
--1つの命令で複数のデータを扱う処理方式。DSPやスーパーコンピュータで利用されている。
-MISD
--複数の命令で1つのデータを扱う処理方式。このタイプの商用マルチプロセッサは作られることはなかった。
-MIMD
--複数のマイクロプロセッサを搭載した並列コンピュータ上で、複数のプロセッサが複数の異なるデータを並行処理する方式。MIMDコンピュータは複数のスレッドが並列に動作するため、スレッドレベル並列性を利用する。一般的にデータレベルの並列性よりも柔軟性がたかいので、一般的に適用しやすい。
**MIMDモデル [#x3cfa026]
-MIMD型が脚光を浴びた理由
--MIMD型マルチプロセッサには、柔軟性があり、MIMDは、1つのアプリケーションのための高性能に焦点を当てたシングルユーザーのマルチプロセッサとして機能することができたり、複数のタスクを実行するマルチプログラム化されたマルチプロセッサとして機能することもできる。
--MIMD型マルチプロセッサは、既成のプロセッサのコストパフォーマンスの良さを生かして作ることができる。実際、今日作られたプロセッサのほとんど全ては、ワークステーションやシングルプロセッササーバマイクロプロセッサと同じものを使用している。
-MIMD型マルチプロセッサの普及したものにクラスタがある。
--コモディティクラスタ(市場に流通している商品がメーカーごとの個性を失い、消費者にとっては何処のメーカーの品を購入しても大差ない状態のことである。)
--カスタムクラスタ(通常膨大な並列性を有する1つの問題をとくための並列アプリケーションに特化したもの)
**集中共有メモリアーキテクチャ [#x7ae6ef7]
-多くても数10個のプロセッサチップを持つもの。少数のプロセッサをもつマルチプロセッサであれば、プロセッサが1つのメモリを共有することは可能である。
**共有メモリマルチプロセッサ [#cec88fbe]
-分散メモリ型マルチプロセッサの基本的なアーキテクチャは、プロセッサ、メモリ、I/O、すべてのノードを結ぶ相互結合網インターフェースから構成される。
-物理的に分散したメモリを持つマルチプロセッサから構成される。
-多数のプロセッサをサポートするためには、メモリを集中させるより、プロセッサの間に分散させなくてはならない。そうしなければ、メモリシステムは極めて長いアクセス遅延をなくしてプロセッサのバンド幅の要求にこたえることはできない。
-分散メモリの2つの利点
--アクセスの大部分が、ノード内においてローカルなメモリに対するものであれば、分散メモリは、メモリバンド幅を軽減することで、コストを減らすことができる。
--分散メモリは、アクセス遅延時間を削減することとなる。
-分散メモリの欠点
--プロセッサ間のデータ通信が複雑化すること、メモリバンド幅を活用するためには、ソフトウェアの工夫が必要となる。
**メモリ構造について [#z254b990]
**並列処理の課題 [#n0a878be]
-アムダールの法則によって説明できる2つの重要なハードルがある。
--プログラムにおける並列性の限界から生じるもの
--比較的たかい通信のコストから生じるもの
-解決策
--不十分な並列性の問題については、新しいアルゴリズムを利用し、アプリケーションが、より並列性能を発揮するように改善すること
--リモート通信処理による、長いレイテンシ問題については、アーキテクチャとプログラマが、共有データをキャッシュするようなハードウェアや、ローカルなアクセスを増やすよう、データを再構築するようなソフトウェアにより、リモートアクセスの頻度を減らすことによって改善することができる。
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