O documento discute os tipos de multicomputadores MIMD com memória distribuída, incluindo Massively Parallel Processors (MPP) e clusters. MPPs como o BlueGene da IBM são projetados para alto desempenho em computação científica, enquanto clusters usam computadores padrão conectados por rede para escalabilidade e disponibilidade.
O que é computação paralela?
Imagine que você precisa realizar um cálculo muito extenso em pouquíssimo tempo. Para realizar tal tarefa, você chama um grupo de amigos e divide esse cálculo em partes, uma para cada amigo. Depois de realizado o cálculo de cada parte, você junta os resultados obtidos para conseguir o resultado final desse calculo extenso.
INFORMÁTICA EM SERIE
Tradicionalmente, o software foi escrito para computação em série: Um problema é dividido em uma série discreta de instruções
As instruções são executadas sequencialmente uma após a outra
Executado em um único processador
Apenas uma instrução pode ser executada a qualquer momento no tempo
No sentido mais simples, a computação paralela é o uso simultâneo de múltiplos recursos computacionais para resolver um problema computacional: Um problema é dividido em partes discretas que podem ser resolvidas simultaneamente.
Cada parte é dividida em uma série de instruções.
As instruções de cada peça executam simultaneamente em diferentes processadores.
Um mecanismo geral de controle / coordenação é empregado
O processo computacional deve ser capaz de:
Ser dividido em peças discretas que podem ser resolvidas simultaneamente;
Executar várias instruções do programa a qualquer momento;
Ser resolvido em menos tempo com vários recursos de computação do que com um único recurso de computação.
Os recursos de computação são tipicamente:
Um único computador com vários processadores / núcleos
Um número arbitrário de tais computadores conectados por uma rede
Praticamente todos os computadores autônomos hoje são paralelos a partir de uma perspectiva de hardware: Várias unidades funcionais (cache L1, cache L2, ramificação, prefetch, decodificação, ponto flutuante, processamento gráfico (GPU), número inteiro, etc.)
Unidades / núcleos de execução múltipla
Múltiplos segmentos de hardware
As redes conectam múltiplos computadores autônomos (nós) para criar conjuntos de computadores paralelos maiores.
A maioria dos grandes computadores paralelos do mundo (supercomputadores) são clusters de hardware produzidos por um punhado de vendedores (principalmente) bem conhecidos
PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA DA PRÉ-HISTÓRIA À ERA CONTEMPORÂNEA E SUA EVOLU...Faga1939
Este artigo tem por objetivo apresentar como ocorreu a evolução do consumo e da produção de energia desde a pré-história até os tempos atuais, bem como propor o futuro da energia requerido para o mundo. Da pré-história até o século XVIII predominou o uso de fontes renováveis de energia como a madeira, o vento e a energia hidráulica. Do século XVIII até a era contemporânea, os combustíveis fósseis predominaram com o carvão e o petróleo, mas seu uso chegará ao fim provavelmente a partir do século XXI para evitar a mudança climática catastrófica global resultante de sua utilização ao emitir gases do efeito estufa responsáveis pelo aquecimento global. Com o fim da era dos combustíveis fósseis virá a era das fontes renováveis de energia quando prevalecerá a utilização da energia hidrelétrica, energia solar, energia eólica, energia das marés, energia das ondas, energia geotérmica, energia da biomassa e energia do hidrogênio. Não existem dúvidas de que as atividades humanas sobre a Terra provocam alterações no meio ambiente em que vivemos. Muitos destes impactos ambientais são provenientes da geração, manuseio e uso da energia com o uso de combustíveis fósseis. A principal razão para a existência desses impactos ambientais reside no fato de que o consumo mundial de energia primária proveniente de fontes não renováveis (petróleo, carvão, gás natural e nuclear) corresponde a aproximadamente 88% do total, cabendo apenas 12% às fontes renováveis. Independentemente das várias soluções que venham a ser adotadas para eliminar ou mitigar as causas do efeito estufa, a mais importante ação é, sem dúvidas, a adoção de medidas que contribuam para a eliminação ou redução do consumo de combustíveis fósseis na produção de energia, bem como para seu uso mais eficiente nos transportes, na indústria, na agropecuária e nas cidades (residências e comércio), haja vista que o uso e a produção de energia são responsáveis por 57% dos gases de estufa emitidos pela atividade humana. Neste sentido, é imprescindível a implantação de um sistema de energia sustentável no mundo. Em um sistema de energia sustentável, a matriz energética mundial só deveria contar com fontes de energia limpa e renováveis (hidroelétrica, solar, eólica, hidrogênio, geotérmica, das marés, das ondas e biomassa), não devendo contar, portanto, com o uso dos combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural).
As classes de modelagem podem ser comparadas a moldes ou
formas que definem as características e os comportamentos dos
objetos criados a partir delas. Vale traçar um paralelo com o projeto de
um automóvel. Os engenheiros definem as medidas, a quantidade de
portas, a potência do motor, a localização do estepe, dentre outras
descrições necessárias para a fabricação de um veículo
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O que é computação paralela?
Imagine que você precisa realizar um cálculo muito extenso em pouquíssimo tempo. Para realizar tal tarefa, você chama um grupo de amigos e divide esse cálculo em partes, uma para cada amigo. Depois de realizado o cálculo de cada parte, você junta os resultados obtidos para conseguir o resultado final desse calculo extenso.
INFORMÁTICA EM SERIE
Tradicionalmente, o software foi escrito para computação em série: Um problema é dividido em uma série discreta de instruções
As instruções são executadas sequencialmente uma após a outra
Executado em um único processador
Apenas uma instrução pode ser executada a qualquer momento no tempo
No sentido mais simples, a computação paralela é o uso simultâneo de múltiplos recursos computacionais para resolver um problema computacional: Um problema é dividido em partes discretas que podem ser resolvidas simultaneamente.
Cada parte é dividida em uma série de instruções.
As instruções de cada peça executam simultaneamente em diferentes processadores.
Um mecanismo geral de controle / coordenação é empregado
O processo computacional deve ser capaz de:
Ser dividido em peças discretas que podem ser resolvidas simultaneamente;
Executar várias instruções do programa a qualquer momento;
Ser resolvido em menos tempo com vários recursos de computação do que com um único recurso de computação.
Os recursos de computação são tipicamente:
Um único computador com vários processadores / núcleos
Um número arbitrário de tais computadores conectados por uma rede
Praticamente todos os computadores autônomos hoje são paralelos a partir de uma perspectiva de hardware: Várias unidades funcionais (cache L1, cache L2, ramificação, prefetch, decodificação, ponto flutuante, processamento gráfico (GPU), número inteiro, etc.)
Unidades / núcleos de execução múltipla
Múltiplos segmentos de hardware
As redes conectam múltiplos computadores autônomos (nós) para criar conjuntos de computadores paralelos maiores.
A maioria dos grandes computadores paralelos do mundo (supercomputadores) são clusters de hardware produzidos por um punhado de vendedores (principalmente) bem conhecidos
PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA DA PRÉ-HISTÓRIA À ERA CONTEMPORÂNEA E SUA EVOLU...Faga1939
Este artigo tem por objetivo apresentar como ocorreu a evolução do consumo e da produção de energia desde a pré-história até os tempos atuais, bem como propor o futuro da energia requerido para o mundo. Da pré-história até o século XVIII predominou o uso de fontes renováveis de energia como a madeira, o vento e a energia hidráulica. Do século XVIII até a era contemporânea, os combustíveis fósseis predominaram com o carvão e o petróleo, mas seu uso chegará ao fim provavelmente a partir do século XXI para evitar a mudança climática catastrófica global resultante de sua utilização ao emitir gases do efeito estufa responsáveis pelo aquecimento global. Com o fim da era dos combustíveis fósseis virá a era das fontes renováveis de energia quando prevalecerá a utilização da energia hidrelétrica, energia solar, energia eólica, energia das marés, energia das ondas, energia geotérmica, energia da biomassa e energia do hidrogênio. Não existem dúvidas de que as atividades humanas sobre a Terra provocam alterações no meio ambiente em que vivemos. Muitos destes impactos ambientais são provenientes da geração, manuseio e uso da energia com o uso de combustíveis fósseis. A principal razão para a existência desses impactos ambientais reside no fato de que o consumo mundial de energia primária proveniente de fontes não renováveis (petróleo, carvão, gás natural e nuclear) corresponde a aproximadamente 88% do total, cabendo apenas 12% às fontes renováveis. Independentemente das várias soluções que venham a ser adotadas para eliminar ou mitigar as causas do efeito estufa, a mais importante ação é, sem dúvidas, a adoção de medidas que contribuam para a eliminação ou redução do consumo de combustíveis fósseis na produção de energia, bem como para seu uso mais eficiente nos transportes, na indústria, na agropecuária e nas cidades (residências e comércio), haja vista que o uso e a produção de energia são responsáveis por 57% dos gases de estufa emitidos pela atividade humana. Neste sentido, é imprescindível a implantação de um sistema de energia sustentável no mundo. Em um sistema de energia sustentável, a matriz energética mundial só deveria contar com fontes de energia limpa e renováveis (hidroelétrica, solar, eólica, hidrogênio, geotérmica, das marés, das ondas e biomassa), não devendo contar, portanto, com o uso dos combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural).
As classes de modelagem podem ser comparadas a moldes ou
formas que definem as características e os comportamentos dos
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1. ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE
COMPUTADORES II
AULA 04: PROCESSAMENTO PARALELO:
MULTICOMPUTADOR
Prof. Max Santana Rolemberg Farias
max.santana@univasf.edu.br
Colegiado de Engenharia de Computação
2. MULTICOMPUTADORES
MIMD COM MEMÓRIA DISTRIBUÍDA
• Os multicomputadores, podem variar na estrutura e no
tamanho. Dois estilos podem ser observados:
– Massively Parallel Processors (MPP)
– Clusters
3. • Supercomputadores (caros) utilizado em computação
científica, engenharia e indústria
– Para cálculos de larga escala ou para uma grande quantidade de
transações por segundos
– Utilizado também em data warehousing (manipulação de uma
grande quantidade de dados)
MULTICOMPUTADORES:
MASSIVELY PARALLEL PROCESSORS
4. • Composto por CPUs padrões:
– Intel Pentium
– Sun UltraSPARC
– IBM PowerPC
• A diferença dos MPPs é a rede de interconexão proprietária de alta
performance projetada para mover mensagens com baixa latência
a uma alta bandwidth. Outras características são:
– Alta capacidade de E/S
– Hardware e software especiais para tratar tolerância a falhas
MULTICOMPUTADORES:
MASSIVELY PARALLEL PROCESSORS
5. MULTICOMPUTADORES:
MPP BLUEGENE
• Sistema projetado pela IBM (1999) para resolver
problemas de computação intensiva relacionados à vida.
– Primeira geração: BlueGene/L (2001)
– Segunda geração: BlueGene/P (2007)
– Terceira geração: BlueGene/Q (2010)
• Projetados para ser os MPP mais rápidos.
9. • Arquitetura alternativa às SMPs
• Um grupo de computadores conectados
– Trabalham juntos como um recurso unificado
– Fornecem a ilusão de ser uma máquina paralela
– Cada computador é chamado de nó
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS
10. • A unidade básica dos clusters é um único computador
(chamado de nó)
• Os clusters podem aumentar de tamanho pela adição de
outras máquinas
• O cluster como um todo será mais poderoso quanto:
– Mais rápidos forem os seus computadores individualmente e
– Quanto mais rápido for a rede de interconexão que os conecta.
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS
11. • Um cluster típico possui:
– Rede mais rápida e próxima do que uma rede local;
– Protocolos de comunicação de baixa latência;
– Conexão mais flexível que um SMP
• Benefícios
– Alto desempenho
– Escalabilidade incremental
– Alta disponibilidade
– Boa relação custo/desempenho
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS
12. • Se você tiver dois ou mais computadores, existe uma grande
chance de que, em um determinado instante, pelo menos um
deles não esteja fazendo nada.
• E infelizmente, quando você realmente precisar de capacidade
de processamento, todo aquele que estiver disponível
provavelmente não será suficiente.
• A ideia por detrás do uso de clusters é espalhar as cargas entre
todos os computadores disponíveis, usando ao máximo os
recursos que estão livres nas outras máquinas.
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS
13. • O sistema operacional de um cluster deve fazer o melhor
uso do hardware disponível em resposta às mudanças de
condições da computação.
• Dois tipos de clusters podem ser considerados:
– Centralizados
– Descentralizados
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS
14. • Chamado de Cluster of Workstation (COW)
• Cluster de estações de trabalho ou PCs, instalados em um
rack
• Normalmente são máquinas homogêneas e não possuem
outros periféricos que não placas de rede e discos
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS CENTRALIZADOS
15. • Chamado de grid (grade) e posteriormente cloud ( (nuvem)
• Estações de trabalho ou PCs espalhados por prédios, campus,
cidade, etc
• Muitos ficam ociosos por boa parte do dia
• Normalmente são conectados por LAN e são heterogêneos
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS DESCENTRALIZADOS
16. • Consistem de dois ou mais computadores conectados em
rede com um software de monitoração
– Assim que uma máquina falhar, as outras tentam assumir o
trabalho.
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS TOLERANTE À FALHAS
17. • Utilizam o conceito de, por exemplo, qunado um pedido
chega para um servidor Web, o cluster verifica qual a
máquina menos carregada e envia o pedido para esta
máquina.
– Na maioria das vezes um cluster com balanceamento de carga é
também um cluster tolerante à falha com a funcionalidade extra
de balanceamento de carga e um número maior de nós.
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS BALANCEAMENTO DE CARGA
18. • Em um cluster de alto desempenho as máquinas são configuradas
especialmente para oferecer o maior desempenho possível.
• Este tipo de cluster também têm algumas funcionalidades para
balanceamento de carga, já que eles tentam espalhar os processos
por máquinas diferentes para obter maior desempenho.
• Mas o que ocorre normalmente é que um processo é paralelizado e
as threads são executadas em paralelo (máquinas diferentes).
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS ALTO DESEMPENHO
19. • Os supercomputadores tradicionais são caros
– Então o uso de clusters se torna uma alternativa interessante.
– Uso de hardware mais baratos e disponíveis no mercado
– Sistemas com desempenho similar aos supercomputadores
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS
22. • Ambas fornecem suporte de multiprocessadores para aplicações
com alta demanda.
• Ambas estão disponíveis comercialmente
– SMP é mais antiga
• SMP
– Mais fácil para gerência e controle
– Mais próxima das arquiteturas monoprocessadas
• Clusters
– Capacidade de crescimento superior
– Melhor disponibilidade
MULTICOMPUTADORES:
CLUSTERS VS SMP