Коммутаторы для многопроцессорных вычислительных систем.

В самом общем смысле архитектуру компьютера можно определить как способ соединения компьютеров между собой, с памятью и с внешними устройствами. Реализация этого соединения может идти различными путями. Конкретная реализация такого рода соединений называется коммуникационной средой компьютера. Одна из самых простых реализаций – это использование общей шины, к которой подключаются как процессоры, так и память. Сама шина состоит из определенного числа линий связи, необходимых для передачи адресов, данных и управляющих сигналов между процессором и памятью. Этот способ реализован в SMP-системах. Основным недостатком таких систем, как было указано выше, является плохая масштабируемость. Увеличение, даже незначительное, числа устройств на шине вызывает заметные задержки при обмене с памятью и катастрофическое падение производительности системы в целом. Необходимы другие подходы для построения коммуникационной среды, и одним из них является разделение памяти на независимые модули и обеспечение возможности доступа разных процессоров к различным модулям одновременно посредством использования различного рода коммутаторов.

При этом возможны различные конфигурации получающихся систем связи. Так, в компьютерах семейства Cray T3D/T3E все процессоры были объединены специальными высокоскоростными каналами в трехмерный тор, в котором каждый вычислительный узел имел непосредственные связи с шестью соседями. В компьютерах IBM SP/2 взаимодействие процессоров происходит через иерархическую систему коммутаторов, также обеспечивающую возможность соединения каждого процессора с любым другим. Эти оригинальные уникальные решения значительно увеличивают цену компьютеров.

Гораздо более простым и дешевым оказалось использование связей на базе сетей Ethernet – методика, разработанная компанией Xerox. Первоначально использовалась обычная 10-мегабитная сеть, затем стали применять Fast Ethernet, а в последнее время иногда и Gigabit Ethernet. Но для Fast Ethernet характерна большая латентность (задержка в передаче данных), оцениваемая в 160-180 микросекунд, а Gigabit Ethernet отличается высокой стоимостью. Кроме того, он эффективен только при соединении точка–точка, при соединении нескольких узлов его эффективность резко падает, а при соединении более 5–6 узлов она не превосходит по производительности даже Fast Ethernet. Поэтому при создании многопроцессорных вычислительных систем часто предпочтение отдается технологиям SCI, Myrinet или Raceway.

Коммуникационные среды вычислительных систем (ВС) состоят из адаптеров вычислительных модулей (ВМ) и коммутаторов, обеспечивающих соединения между ними. Используются как простые коммутаторы, так и составные, компонуемые из набора простых. Простые коммутаторы могут соединять лишь малое число ВМ в силу физических ограничений, однако обеспечивают при этом минимальную задержку при установлении соединения. Составные коммутаторы, обычно строящиеся из простых в виде многокаскадных схем с помощью линий "точка-точка", преодолевают ограничение на малое количество соединений, однако увеличивают и задержки.