第二章并行计算机的发展历史.doc

并行计算机的发展历史
本章主要介绍并行计算的发展历史,对并行计算有初步的了解,先以时间为顺序介绍了并行计算的发展,接着介绍了并行计算的国内外的发展状况,以及国内外的一些超级计算中心,最后介绍了在每个时代的典型机,以及它们的特点。
时间发展顺序
并行计算机从20世纪70年代开始快速发展,到20世纪80年代出现了蓬勃发展和百家争鸣的局面,20世纪90年代体系结构框架趋于统一,近5年来机群技术成为一个新的快速发展热点,目前,并行计算机技术日趋成熟。本节以时间为线索,简介并行计算机发展的推动力和各个发展阶段,以及各类并行机的典型代表和它们的主要特征。
20世纪70年代
1972年,世界上诞生了第一台并行计算机ILLIAC IV (伊利阿克IV计算机),它含32个处理单元,具有可扩展性,一个象限可扩展至64个处理单元,原设计为4个象限,可扩展到256个单元。环型拓扑连接,每台处理机拥有局部内存,为SIMD类型机器。对大量流体力学程序,ILLIAC IV获得了2–6倍于当时性能最高的CDC 7600机器的速度。但它在编程模式上与传统的大型机相差太大。
20世纪70年代诞生的并行机还有阵列机ICLDAP、Good-year MPP,以及向量机CRAY–1、STAR-100等,它们都属于SIMD类型,其中向量机CRAY–1获得了很好的向量计算效果。它是一个由氟利昂散热的64位系统,运行的速度为80MHz,带有8MB的RAM。如果很好地对向量进行操作的话,可以获得250 mflops的峰值性能。,并且于1976年提供给Los Alamos国家实验室使用。20世纪70年代的并行计算机引起了人们的极大兴趣,吸引了大量的专家学者从事于并行计算机研制和并行程序的设计,为20世纪80年代并行计算机的蓬勃发展奠定了坚实的基础。
图2-1 C型形状Cray-1超级计算机
20世纪80年代早期
20世纪80年代早期,以MIMD并行机的研制为主。首先诞生的是Denelcor HEP,含16台处理机,共享存储,能同时支持细粒度和大粒度并行,并且被应用到实际计算中,使许多人学会了并行计算。其次,诞生了共享存储向量多处理机CRAY X–MP/22(2个向量机结点)、IBM
3090(6个向量机结点),取得了很好的实际并行计算性能。同时,以超立方体结构连接的分布式存储MIMD结构原型机开始出现。
20世纪80年代中期
20世纪80年代中期,共享存储多处理机系统得到了稳定发展。两个成功的机器为Sequent(20个结点)、Encore(16-32个结点),它们提供稳定的UNIX操作系统,实现用户间的分时共享,对当时VAX系列串行机构成了严重的威胁。同时,还诞生了8个结点的向量多处理机Alliant,Alliant提供了非常好的自动向量并行编译技术;诞生了4个结点的向量处理机CRAY–2。这些向量多处理机系统在实际应用中均取得了巨大的成功。与此同时,人们对共享存储多处理机系统的内存访问瓶颈问题有了较清楚的认识,纷纷寻求解决办法,以保证它们的可扩展性。
此期间还诞生了可扩展的分布存储MIMD MPPn CUBE,这台机器含1024个结点,CPU和存储单元均分布包含在结点内,所有结点通过超立方体网络相互连接,支持消息传递并行编程环境,并真正投入实际使用。由于该机对流体力学中的几个实际应用问题获得了超过1000的加速比,引起了计算机界的轰动,改变了人们对Amdahl定律的认识,排除了当时笼罩并行计算技术的阴影。
当时,在分布式存储体系结构中,处理机间的消息传递与消息长度、处理机间的距离有较大的关系。因此互连网络最优拓扑连接和数据包路由选择算法的研究引起了人们的大量注意,目的在于减少处理机远端访问的花费。
20世纪80年代后期
20世纪80年代后期,真正具有强大计算能力的并行机开始出现。例如,Meiko系统,由400个T800 Transputer通过二维Mesh(网孔)相互连接构成,适合于中等粒度的并行;
三台SIMD并行机:CM–2,MasPar和DAP,其中CM–;
超立方体连接的分布存储MIMD并行机nCUBE–2与InteliPSC/860,分别可扩展到8192个结点和128个结点,峰值性能达27GFLOPS和7GFLOPS;
由硬件支持共享存储机制的BBN TC2000,用Buttery多级互连网连接处理机和存储模块,可扩展到500台处理机,本地cache、内存和远端内存访问的延迟时间为1:3:7;共享存储向量多处理机系统CRAY Y–MP,能获得很好的实际运算性能。
20世纪90年代早期
进入20世纪90年代,得益于微电子技术的发展,基于RIS