7장 : 고성능 컴퓨터시스템 구조 - (2) 병렬컴퓨터 분류

<요약>

• 플린의 분류
  • SISD
  • MISD
  • SIMD
  • MIMD
• 병렬 컴퓨터-기억장치 액세스 분류
  • UMA
  • NUMA
  • NORMA
• 병렬 컴퓨터 분류
  • 대칭적 다중 프로세서(SMP)
  • 대규모 병렬 프로세서(MPP)
  • 캐시-일관성 NUMA 시스템(CC-NUMA)
  • 분산 시스템(DS)
  • 클러스터 컴퓨터(CS)

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1. 플린의 분류

• 의미
  • 병렬 처리 방법을 분리한 것
• 단어
  • 스트림
    • 하나의 프로세서가 순서대로 처리하는 명령어, 데이터 흐름
    • 명령어 스트림
      • 순서대로 처리되는 명령어 집합
    • 데이터 스트림
      • 명령어 스트림 수행을 위해 순서대로 나열된 데이터 집합
  • PU(프로세싱 유니트)
    • 해당 프로세스의 연산을 수행하기 위한 하드웨어 모듈 집합
      • (프로세스 수행을 위한 모든 하드웨어 집합이 아닌, 연산만을 담당하는 곳들)
      • 예시 → (ALU, …)
  • CU(제어 유니트)
  • MM(기억장치 모듈)
  • IS(명령어 스트림)
  • DS(데이터 스트림)
  • SM(공유 기억장치)
  • LSM(지역 기억장치)
    • Local Shared Memory
  • GSM(공유 기억장치)
    • Global Shared Memory
• 분류
  • 단일 명령어 스트림 - 단일 데이터 스트림(SISD)
    • 한 번에 1개의 명령어/데이터 가져와서 처리

 

• 단일 명령어 스트림 - 복수 데이터 스트림(SIMD)

(M : multiple)

• (=배열 프로세서)
• 하나의 명령어를 여러 개의 프로세싱 유니트(PU)들이 동시에 수행
  • (명령은 같지만, 해당 명령에 쓰이는 데이터는 각기 다름)

 

• 복수 명령어 스트림 - 단일 데이터 스트림(MISD)
  • 각 프로세싱 유니트(PU)는 서로 다른 명령어 수행
  • 하지만 PU에서 쓰이는 데이터는 서로 똑같은 데이터 1개

 

• 복수 명령어 스트림 - 복수 데이터 스트림(MIMD)
  • N개의 프로세서들이 서로 다른 명령어, 데이터 처리
  • 종류
    • 밀결합 시스템
      • 프로세서들이 물리적으로 서로 밀접하게 연결됨
      • 지연 시간 감소
      • 특징
        • 공유-기억장치 구조
        • 다중프로세서시스템
    • 소결합 시스템
      • 프로세서들이 물리적으로 거리가 멀리있음
      • 특징
        • 각 프로세서들은 지역 기억장치를 가짐
        • 메시지 전송 방식
          • 다른 지역 기억장치 조회하려면 다른 프로세서에게 메시지 보냄
        • 다중 컴퓨터 시스템

 

• SIMD, MIMD 차이
  • 프로세서들의 독립성 차이
    • SIMD
      • 동기적 실행
      • 동일한 프로그램을 동기적 실행
    • MIMD
      • 비동기적 실행
      • 서로 다른 프로그램을 비동기적 수행

2. 병렬컴퓨터 분류

• 분류(기억장치 액세스에 따라 분류)
  • 균일 기억장치 액세스 모델(UMA)
  • 불균일 기억장치 액세스 모델(NUMA)
  • 무-원격 기억장치 액세스 모델(NORMA)

3. 균일 기억장치 액세스 모델(UMA)

(Uniform Memory Access)

• 의미
  • 모든 프로세서들이 상호연결망으로 주기억장치 공유
• 장점
  • 하드웨어 간단
• 단점
  • 공유 자원 접근에 대한 한계
    • (공유 자원에 접근할 수 있는 프로세서 개수에 한계가 있기 때문에 지연)

 

4. 불균일 기억장치 액세스 모델(NUMA)

(Non Uniform Memory Access)

• 의미
  • 상호연결망 상위에 전역 상호연결망 존재
  • 상호연결망, 전역 상호연결망 조합으로 모든 기억장치 액세스
• 구조

 

• 액세스
  • 지역 기억장치 액세스
    • 자신의 모듈 안에 있는 LSM 접근
  • 전역 기억장치 액세스
    • GSM 접근
  • 원격 기억장치 액세스
    • 다른 모듈에 있는 LSM 접근

5. 무-원격 기억장치 액세스 모델(NORMA)

(No RemOte Memory Access)

• 의미
  • 노드(프로세서 + 메모리)와 상호 연결망 존재
  • 각 노드는 상호 연결망으로 데이터 주고 받기
• 구조

 

6. 병렬 컴퓨터 분류

• 분류(시스템 구성 방법)
  • 대칭적 다중 프로세서(SMP)
  • 대규모 병렬프로세서(MPP)
  • 캐시-일관성 NUMA 시스템(CC-NUMA)
  • 분산 시스템(DS)
  • 클러스터 컴퓨터(CS)

7. 대칭적 다중 프로세서(SMP)

(Symmetric Multiprocessing)

Symmetric : 대칭

• 의미
  • 완전 공유 구조
    • 모든 프로세서는 모든 자원 공유
  • 대칭적
    • 모든 프로세서는 동등한 권한이다
• 구조

 

8. 대규모 병렬프로세서(MPP)

(Massively Parallel Processor)

Massively : 대규모

• 의미
  • 무공유 구조
    • NORMA 구조와 같음
      • (노드들 간의 메시지 전송 방식)
      • (노드는 여러 개의 프로세서 + 기억장치로 구성)

 

9. 캐시-일관성 NUMA 시스템(CC-NUMA)

(Cache-Coherent Non-Uniform Memory Access)

• 의미
  • 독립적인 노드들이 상호연결망으로 접속
    • 모든 노드들이 상호연결망으로 서로 데이터 교류)
  • 분산 공유-기억장치 시스템
    • 캐시, 기억장치의 값이 서로 다르지 않도록 유지하는 시스템
• 구조

 

D : 디렉토리

• 데이터가 수정될 시, 수정 전의 데이터를 가지고 있는 프로세서들에게 알림
• (분산 공유 기억장치 시스템의 핵심 역할)

10. 분산 시스템(DS)

(Distributed System)

• 의미
  • 독립적인 노드들은 네트워크로 데이터 교류
    • 각 노드는 별도의 OS를 가지는 독립적인 컴퓨터 기능
  • 노드 수 만큼 시스템 이미지 생성
    • (시스템 이미지 : 각 노드들의 정보 등)

11. 클러스터 컴퓨터(CS)

• 의미
  • 분산 시스템
  • 하지만 시스템 이미지는 1개
• 장점
  • 저렴한 비용으로 병럴처리시스템 구축
  • 가용성 향상
    • 클러스터 내에서 노드가 고장나도 빠르게 대체 가능
• 구성 요소
  • 클러스터 노드
    • (노드 : 독립적인 컴퓨터)
  • 클러스터 미들웨어
    • 단일 시스템 이미지
  • 네트워크 인터페이스 하드웨어
    • 물리적으로 고속 네트워크와 연결
  • 통신 소프트웨어
    • 클러스터 노드들 간에 통신 기능
  • 워크 스테이션
    • 클러스터 노드 + 통신을 위한 장치들