M. M. Musayev kompyuter tizimlari va tarmoqlari

7.4. Modulli hisoblash tizimlarining istiqbolli amalga oshirilishi

Hisoblash tizimlari, tarmoqlari va ularga asoslangan avtomatlashtirish vositalari bugungi kunda inson faoliyatining deyarli hamma sohasida qo’llaniladi. Ammo oxirgi yillar bunday tizimlarning rivojlanishi krizisga uchradi. Bir tarafdan hisoblash bog’lamalarining unumdorligi, ular bilan bog’langan va aloqada bo’lgan tizimlarning o’tkazish xususiyatiga qaraganda juda tez oshib bormoqda.

Shuning uchun mikroprosessorlarni yetakchi ishlab chiqaruvchilar ko’p yadroli O’KIS (o’ta katta integral sxema) yarata boshladilar. Biroq bu yo’l unumdorligi bo’yicha xuddi shunday mos bo’lgan prosessor yadrolarining kommutasiyalash tizimini talab qiladi, ya’ni yangi kommutasiya muhiti asosidagi tarmoq texnologiyalarining muammosi makro – va mikropog’onada tarqalgan.
Ajratilgan aloqaning umumiy muhitli magistral tizimlar davri ketib, yuqori tezlikdagi tarmoq arxitekturali yangi konvergent modulli tizimlar asri kirib keldi, deb ta’kidlash mumkin. Biz “konvergent” atamasi ostida lokal tarmoqlarning alohida hisoblash bog’lamalarini o’zaro bir – biriga ulab turuvchi texnologiyalarini va bitta qurilma doirasida turli xil funksional tizimlarning kommutasiyalash usullarini (modul, submodul, bugungi kunda esa chipni) tushunamiz.
An’anaviy lokal tarmoqlar, ayniqsa haqiqiy vaqt sharoitida taqsimlangan tizimlarda kommunikasiyalash muammosini muvaffaqiyatli yechish xususiyatiga ega emas.
Ammo modulli tizimlarning ahamiyatga ega bo’lgan elementi – bu uning prosessor bog’lamalarining kommutasiya tizimi va bog’lanishidir. Alohida prosessor va kompyuter modullarining o’zaro aloqasini yagona tizim doirasida amalga oshirish aynan unga bog’liqdir. Shuning uchun modulli tizimlarning arxitekturasi istiqbollarini kompyuterli kommunikasiya muhitini yaratish usullari nuqtai nazaridan qarab chiqamiz.
Nisbatan yuqori unumdorli modulli tizimlarni yaratish ko’p funksionalli bog’lamalarni va hatto kristalldagi ko’p prosessorli tizimlarni o’z ichiga olgan yangi O’KIS strukturasiga asoslangan. Xuddi shunday zamonaviy mikrokontrollerlar asosan 8- va 32-razryadli qurilmalar ko’rinishidadir (0,5 dollargacha).
Bugungi kunda yuqori unumdorli ARM – yadroli 32 – razryadli turli xil interfeysli (SPI, I²C, CAN, USB va h.o.), flash – xotirali mikrokontrollerlar ommaviy ravishda ishlab chiqarilmoqda. Ba’zi bir mikrokontrollerlar hatto signallarga raqamli ishlov berish uchun ixtisoslashtirilgan qurilmalar (DSP- yadro) bilan ta’minlangan.
Yuqori unumdorli hisoblash uchun mo’ljallangan zamonaviy prosessorlarga misol qilib IBM kompaniyasining ikki yadroli POWER6 prosessorini keltirish mumkin (7.18-rasm). U 65-nm texnologiya bo’yicha 10 – pog’onali mis metallashtirish bilan tayyorlangan. Kristall maydoni – 341 mm², prosessor 790 mln. tranzistordan tashkil topgan. Taktlash chastotasi – 4,7 GGs, bu energiyani (100Vt) bir xil iste’mol qilganda, zamondoshidan (POWER5, 90 nm) ikki barobar ko’pdir. Bir vaqtning o’zida har bir yadro 5–7 gacha yo’riqnomani baravar tanlash bilan ikkita buyruqlar oqimiga ishlov beradi va yo’riqnomalar va ma’lumotlar uchun 64 Kbayt hajmli birinchi darajali kesh – xotiraga, hamda tez foydalanishli buferli hajmi 4 Mbayt bo’lgan ikkinchi darajali kesh – xotiraga, ikkita yadro bilan bo’linadigan uchinchi darajali kesh-xotiraga (32 Mbayt) ega. Joylashtirilgan SMP-kommutator (simmetrik multiprosessorli kommutator) tufayli, POWER6 asosida masshtablanadigan 32 tagacha O’KIS POWER6 ni o’z ichiga olgan SMP-strukturani yaratish mumkin.
Intel va AMD ham ikki va to’rtta yadroli prosessorlarni ishlab chiqaradi. Tor500 (www.top500.org) ning oxirgi nashridagi (30-chi) eng yuqori unumdorli bo’lgan 500 ta hisoblash tizimlarining ro’yxatida 215 ta tizim Intel EM64T oilasiga mansub bo’lgan 2 yadroli Xeon 53xx (Clovertown) prosessorda, 99 tasi Intel ning 4–yadroli Xeon 53xx (Clovertown) prosessorida, 77 tasi AMD ning x86_64 Opteron Dual Core prosessorda qurilgan, yana bitta tizimda 4–yadroli Opteron qo’llanilgan.
Ammo mikroprosessor O’KIS uchun to’rtta yadro hali chegara emas. Intel, IBM, PicoChip kabi kompaniyalar multiyadroli prosessor tizimlarini ishlab chiqaradilar.

IBM kompaniyasi Sony va Toshiba kompaniyalari bilan hamkorlikda (STI birlashmasi) Cell Broadband Engine (Cell BE) ko’p prosessorli O’KIS texnologiyasini ishlab chiqdi. Cell BE prosessori 9 ta umumiy xotirali prosessor elementlarini (PE) va kiritish/chiqarish kontrollerini o’z ichiga oladi (7.19-rasm). Hamma prosessor elementlari bir – biri va tashqi qurilmalar bilan xotiraning kogerentligini qo’llagan holda yuqori unumli shinalar orqali bog’langan. Prosessor elementlaridan (RRE) biri PowerPC (ikki oqimli RISC-prosessor) yadrosiga asoslangan. U boshqarish vazifasini amalga oshiradi. Qolgan sakkizta prosessor bir xil bo’lib, sinergetik prosessor elementlari (SPE) deb ataladi. Ulardan har biri o’z tarkibida RISC-yadro, 256 Kbayt TXQ (OZU) va 128-razryadli registrli faylga ega.

Intel kompaniyasi o’zining Tera-scale Computing texnologiyasi doirasida ham ko’p yadroli prosessorli strukturani rivojlantirmoqda. Kompaniya yangi arxitektura doirasida 80 – yadroli Polaris prosessorini yaratdi. U unumdorlikni suriluvchi vergulli sonlar ustida sekundiga trilliontadan ortiq operasiyani (TFlops) bajarishni ta’minlaydi va kelajakda ko’p yadroli prosessorlarning fundamental texnologiyasini yaratish uchun poligon bo’lib xizmat qiladi. Prosessor O’KIS 65 nm texnologiyasi bo’yicha bajarilgan va 143 mm² maydonli kristallida 291 mln tranzistor joylashtirilgan. Prosessor – bu kristalldagi lokal hisoblash tarmog’idir. U 8×10 bo’lgan ikki o’lchamli tarmoq bilan bog’langan va 4 GGs chastota bilan ishlovchi 80 ta hisoblash bog’lamalarini birlashtiradi. Har bir bog’lama tarkibida bog’lamalar orasida paketlarni uzatib beruvchi 5 portli mezoxron interfeysli marshrutizator – kommutator bor. Tarmoq umumiy 256 Gbayt/s o’tkazish xususiyatini ta’minlaydi.