БИС и СБИС для построения процессоров и памяти. Часть 2.

Требование увеличения объема памяти является не единственным. Другим требованием является требование расширения операционно-логических функций, что особенно важно при создании СЭВМ с заданным классом решаемых задач. В начале 80-х годов в Японии были созданы СБИС операционно-логического типа с количеством микроэлементов около 100 тыс. Методы создания операционно-логических СБИС предъявляют повышенные требования к точности нанесения микроэлементов на кристалл. При этом для нанесения микроэлементов здесь используется ионный поток, который по сравнению с «электронным потоком» имеет меньшее рассеивание (разрешающая способность 0,1 мкм).

Технологические и алгоритмические ограничения серьезно сказываются на ЭВМ с традиционной архитектурой. Начиная с 60-х годов предпринимаются попытки преодолеть эти ограничения при создании параллельных вычислительных систем (ПВС). Подготовлено множество проектов создания ПВС, их алгоритмического и программного обеспечения. При этом основное значение приобретают разработки общепринятых методов и моделей распараллеливания задач и эффективная реализация этих моделей в архитектуре элементной базы вычислительных систем и сетей ЭВМ.

По существу, ПВС является СЭВМ, предназначенной для решения широкого, но определенного класса задач. Это новый класс ЭВМ, который по производительности сближается с суперЭВМ, а по области применения — с супер-миниЭВМ.

Для многих областей применения вычислительной техники создание ПВС — основная возможность быстрого наращивания производительности, поскольку освоение технологии обеспечивает удвоение производительности в среднем каждые четыре года, а этого, как показывает опыт, в настоящее время недостаточно. Поэтому наиболее вероятным решением при создании ПВС является одновременное совершенствование технологии производства элементной базы и ее архитектуры.

Архитектура элементной базы в параллельных вычислительных машинах обладает несколькими общими свойствами:

  1. интегральные схемы (БИС и СБИС) в ПВС включают в себя небольшое количество типов ячеек;
  2. связи между ячейками, а также между ИС реализуются простыми и регулярными;
  3. эти связи, как правило, локализуются и в идеальном случае являются связями соседствующих ячеек;
  4. осуществляется мелкомасштабный параллелизм (распараллеливание обработки информации осуществляется на уровне минимальных функциональных узлов).

Эти свойства можно проиллюстрировать на примере архитектуры БИС для обработки информации, представленной в виде изображения. Цифровой сигнальный процессор НЕК7281 (Япония), построенный по КМОП-технологии, имеет предельное быстродействие 3 млн. оп/с. При решении задачи обработки изображения ПВС на базе этих БИС обеспечивает производительность, сопоставимую с производительностью суперЭВМ «Крэй-1». В простейшем варианте БИС соединяются по конвейерной схеме. При соединении трех таких БИС с модулем памяти .по кольцевой схеме достигается производительность 53 млн. оп/с, что превышает производительность ЭВМ IBM 3081. При объединении таких кольцевых групп в параллельные или конвейерные структуры достигается производительность в сотни миллионов операций в секунду.