Zbekiston respublikasi raqamli texnologiyalar vazirligi muhammad al-xorazmiy nomidagi

Gustafson qonuni
Amdahl qonuni faqat muammo o'lchami aniqlangan holatlarga nisbatan qo'llaniladi. Amalda, ko'proq hisoblash resurslari mavjud bo'lganda, ular kattaroq muammolarga (kattaroq ma'lumotlar to'plami) foydalanishga moyil bo'ladi va parallelizatsiya qilinadigan qismga sarflangan vaqt odatda ketma-ket ishlashga qaraganda ancha tez o'sadi. Bunday holda, Gustafson qonuni parallel ishlashga kamroq pessimistik va realroq baho beradi:

Amdal qonuni ham, Gustafson qonuni ham dasturning ketma-ket qismining ishlash vaqti protsessorlar soniga bog'liq emasligini taxmin qiladi. Amdal qonuni butun muammo qat'iy o'lchamda bo'lishini nazarda tutadi, shuning uchun parallel ravishda bajariladigan ishlarning umumiy miqdori protsessorlar soniga ham bog'liq emas, Gustafson qonuni esa parallel ravishda bajarilishi kerak bo'lgan ishlarning umumiy miqdori chiziqli ravishda o'zgaradi deb taxmin qiladi. protsessorlar soni.

2-rasm. Faraz qilaylik, vazifa ikkita mustaqil qismga ega, A va B. B qismi butun hisoblash vaqtining taxminan 25% ni oladi. Juda qattiq mehnat qilib, bu qismni 5 barobar tezroq qilish mumkin, ammo bu butun hisoblash uchun vaqtni biroz qisqartiradi. Aksincha, A qismini ikki barobar tezroq qilish uchun kamroq ish bajarish kerak bo'lishi mumkin. Bu B qismini optimallashtirishdan ko'ra hisoblashni ancha tezroq qiladi, garchi B qismining tezligi nisbati bo'yicha kattaroq bo'lsa ham (2 martaga nisbatan 5 marta).

3-rasm. Gustafson qonunining grafik tasviri

An'anaga ko'ra, kompyuter dasturlari ketma-ket hisoblash uchun yozilgan. Muammoni hal qilish uchun algoritm tuziladi va ko'rsatmalarning ketma-ket oqimi sifatida amalga oshiriladi. Ushbu ko'rsatmalar bitta kompyuterda markaziy protsessorda bajariladi. Bir vaqtning o'zida faqat bitta ko'rsatma bajarilishi mumkin - bu ko'rsatma tugagandan so'ng, keyingisi bajariladi.

Parallel hisoblash esa muammoni hal qilish uchun bir vaqtning o'zida bir nechta ishlov berish elementlaridan foydalanadi. Bu muammoni mustaqil qismlarga ajratish orqali amalga oshiriladi, shunda har bir ishlov berish elementi algoritmning o'z qismini boshqalar bilan bir vaqtda bajarishi mumkin. Qayta ishlash elementlari xilma-xil bo'lishi mumkin va ular bir nechta protsessorli bitta kompyuter, bir nechta tarmoqqa ulangan kompyuterlar, ixtisoslashtirilgan uskuna yoki yuqoridagilarning har qanday kombinatsiyasi kabi resurslarni o'z ichiga olishi mumkin. Tarixiy parallel hisoblashlar ilmiy hisoblash va ilmiy muammolarni simulyatsiya qilish uchun, xususan, meteorologiya kabi tabiiy va muhandislik fanlarida ishlatilgan. Bu parallel apparat va dasturiy ta'minotni loyihalash, shuningdek, yuqori unumdorlikdagi hisoblashlarga olib keladi.
1980-yillarning oʻrtalaridan 2004-yilgacha boʻlgan davrda kompyuter unumdorligini oshirishning asosiy sababi chastotalarni masshtablash edi. Dasturning ishlash vaqti koʻrsatmalar sonining har bir koʻrsatma uchun oʻrtacha vaqtga koʻpaytirilganiga teng. Qolgan hamma narsani doimiy saqlash, soat chastotasini oshirish ko'rsatmani bajarish uchun ketadigan o'rtacha vaqtni kamaytiradi. Shunday qilib, chastotaning oshishi barcha hisoblash dasturlari uchun ish vaqtini qisqartiradi.
Shu bilan birga, chip tomonidan quvvat iste'moli P = C × V 2 × F tenglamasi bilan ifodalanadi, bu yerda C - soat tsikliga almashtiriladigan sig'im (kirishlari o'zgargan tranzistorlar soniga mutanosib), V kuchlanish va F protsessor chastotasi (sekundiga aylanish). Chastotaning ortishi protsessorda ishlatiladigan quvvat miqdorini oshiradi. Protsessor quvvat sarfining ortib borishi oxir-oqibatda Intel kompaniyasining 2004 yil 8 mayda Tejas va Jayhawk protsessorlarini bekor qilishga olib keldi, bu odatda kompyuter arxitekturasining asosiy paradigmasi sifatida chastota o'lchovining oxiri sifatida tilga olinadi.
Asosiy markaziy protsessor (CPU yoki protsessor) quvvat sarfi va haddan tashqari qizib ketish muammosini hal qilish uchun ishlab chiqaruvchilar bir nechta yadroli energiya tejaydigan protsessorlarni ishlab chiqarishni boshladilar. Yadro protsessorning hisoblash birligi bo'lib, ko'p yadroli protsessorlarda har bir yadro mustaqil bo'lib, bir vaqtning o'zida bir xil xotiraga kira oladi. Ko'p yadroli protsessorlar ish stoli kompyuterlariga parallel hisoblashlarni olib keldi. Shunday qilib, ketma-ket dasturlarni parallellashtirish asosiy dasturlash vazifasiga aylandi. 2012 yilda to'rt yadroli protsessorlar ish stoli kompyuterlari uchun standart bo'lib qoldi, serverlarda esa 10 dan ortiq yadroli protsessorlar mavjud. Mur qonunidan protsessordagi yadrolar soni har 18-24 oyda ikki baravar oshishini taxmin qilish mumkin. Bu 2020 yildan keyin odatiy protsessor o'nlab yoki yuzlab yadrolarga ega bo'lishini anglatishi mumkin, ammo aslida standart 4 dan 16 yadroli mintaqada joylashgan bo'lib, ba'zi dizaynlarda ishlash va samaradorlik yadrolari aralashmasi mavjud (masalan, ARM katta. LITTLE dizayn) issiqlik va dizayn cheklovlari tufayli.

2.