Architektur und Anwendungsprofil der SuperCluster-Serie hochparalleler Transputerrechner

Zusammenfassung

1985 wurde erstmalig von dem englischen Halbleiterhersteller Inmos mit dem Transputer ein Standard-Prozessorbaustein vorgestellt, der ausschließlich für die Entwicklung und den Bau von Parallelrechnern konzipiert ist. Durch die Integration der für Parallelrechner relevanten Strukturmerkmale bereits auf der Chip-Ebene läßt sich die kritische Balance zwischen Computation und Communication sicherstellen sowie die für skalierbare Parallelrechner wichtige Eigenschaft des virtuellen Multiprocessing erreichen, die in sequentiellen Hochleistungssystemen keine Rolle spielt. Weiterhin erlauben der hohe Standardisierungsgrad und die Integration wesentlicher Systemfunktionen im Chip einen deutlichen Fortschritt in Bezug auf das Preis/Leistungsverhältnis aus Systemebene.

Der dank der Universalität der Transputertechnik gleichfalls einfach erreichbare Bau von physikalisch verteilten, aber logisch homogenen Parallelrechnem führte zunächst zu einem Schwerpunkt im Bereich industrieller Realtime-Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf (z.B. Mustererkennung). Aufgrund der dortigen Anwendungserfahrungen und der sich erweitemden Softwarebasis etablierte sich ab 1987 zunehmend auch die Anwendung im Bereich des wissenschaftlichen „Number Crunching“, wo heute der Schwerpunkt liegt. Die Architektur der 1988 vorgestellten SuperCluster-Serie reflektiert speziell die Anwendungserfordemisse dieses Bereichs, wobei sowohl der Multiuser-Betrieb als auch die Verwendung mit dynamisch wechselnden Prozessortopologien durch besondere Hardware unterstützt werden. Um den in einem rechenzentrumsartigen Einsatz wechselnden Erfordemissen verschiedener Benutzergruppen Rechnung zu trag en, wird der Multiuser-Betrieb nicht mehr nur durch ein Betriebssystem unterstützt, sondem bereits eine Ebene tiefer durch Hardware zur dynamischen Partitionierung des Prozessor-Pools, sodaß wie bei einem VM (Virtual Machine) System zum gleichen Zeitpunkt aktive Benutzer verschiedene Betriebssysteme fahren können.

Urn sowohl die Homogenitiit paralleler Anwendungsalgorithmen bestmöglich zu unterstützen und dabei keine Trade-Offs zwischen Vektorisierung und Parallelisierung zu erzwingen, als auch um eine gute Computation/Communication-Balance zu erreichen, sind die SuperCluster-Systeme auf hohe skalare Performance ausgelegt. Obwohl die nominale MFLOPS-Rate deshalb niedriger erscheint als bei konventionellen Vektorrechnem, lassen sich sehr hohe Anwendungsleistungen erzielen. Eine von Shell nach einem neuartigen Verfahren auf Basis zetlularer Automaten entwickelte Anwendung der Strömungsdynamik etwa erreicht mit dem 400-Prozessorl 600-Skalar-MFLOPS SuperCluster ca. die -50-fache Anwendungsleistung einer IBM 3090.