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22.11.1996 - 

SMP- und MPP-Technik nähern sich an

"IBM hat derzeit keine Pläne mit cc:Numa"

CW: Welche Architekturen sehen Sie künftig im Markt für Mehrprozessor-Maschinen?

Reger: In den letzten Jahren hat die Vielfalt an Architekturen stark abgenommen. Im wesentlichen blieben nur zwei Arten im Markt.

CW: Welche sind das?

Reger: Die symmetrischen Multiprozessoren und die Massiv-Parallel-Rechner. Davon gibt es jeweils verschiedene Ausprägungen. Das gemeinsame Merkmal der beiden ist, daß sie nunmehr topologiefrei sind.

CW: Was verstehen Sie darunter?

Reger: Jeder Prozessor kann mit jedem Prozessor kommunizieren, ohne wissen zu müssen, wo sich die anderen CPUs im System befinden oder wie er dahin kommt. Die Prozeßkommunikation muß sich um die räumliche Beschaffenheit des Systems nicht kümmern.

CW: Worin unterscheiden sich SMP- von MPP-Systemen?

Reger: Der Unterschied liegt in der Hauptspeicher-Architektur und darin, wie die Topologiefreiheit erreicht wurde. Die meisten SMP-Systeme benutzen als Kommunikationsmedium einen Bus. Auf diesem Bus kann jeder Prozessor mit jedem zur gleichen Zeit kommunizieren. Mit steigender Anzahl an CPUs oder Peripherieeinheiten verstopft dieser Kommunikationsweg. Bei MPP-Systemen wie unserer RS/6000-SP besitzt jeder Prozessor einen eigenen Speicher und mitunter auch eine eigene Platte. Die CPUs können paarweise auf Rendezvousbasis miteinander kommunizieren. Dafür gibt es einen Switch. Solche Systeme sind besser skalierbar, ein Engpaß durch einen Bus entfällt.

CW: Aber dazu müssen die Anwendungen parallelisiert werden.

Reger: Eindeutig. Das Programmiermodell für SMP-Rechner ist einfacher und kann auf Thread-Basis stattfinden. Die Industrie hat mittlerweile eine Anzahl von Anwendungen auf Thread-Basis anzubieten. Diese sind auch in gewissem Umfang portabel und laufen auf Rechnern von verschiedenen Herstellern.

CW: Bei MPP-Systemen zahlt man den Preis für den hohen Durchsatz und die Skalierbarkeit in Form eines komplizierteren Programmiermodells?

Reger: Witzigerweise hilft die rasche Weiterentwicklung der SMP-Systeme auch den MPP-Rechnern.

CW: Inwiefern?

Reger: Beide Rechnerarten entwickeln sich in Richtung einer Hybrid-Architektur. Moderne MPP-Systeme, so wie unsere RS/6000 SP, verwenden zunehmend SMP-Knoten. Bei SMP nennt sich das cc:Numa. Das ist eine Architektur, bei der die einzelnen Knoten eines Rechners durch vollständige SMP-Konfigurationen ausgetauscht werden. Das bedeutet, daß weiterhin ein gemeinsames Kommunikationsmedium, also der Bus, existieren muß. Die SMP-Knoten beinhalten weitere SMP-Knoten und verfügen jeweils über einen lokalen Speicher, der gemeinsam benutzt wird. Die Situation ist insofern gleich geblieben, als jeder Prozessor jeden Speicherbereich erreichen kann, so daß ein Thread-basiertes Programmieren weiterhin möglich ist.

CW: Alte SMP-Anwendungen laufen aber auf den Numa-Maschinen.

Reger: Die Portierung der jetzigen SMP-Anwendungen auf eine Numa-Architektur ist recht einfach. Allerdings sind die lokalen Speicher für jeden Prozessor zum Teil erheblich schneller zu erreichen als die Speicher der anderen CPUs. Ein SMP-Programm läuft also auf einem Numa-Modell, nutzt es aber nicht optimal aus.

CW: Wie kann man das umgehen?

Reger: Man muß beim Programmieren im Kopf behalten, ob die Speicherbereiche, die man gerade verwendet, sich im lokalen oder entfernten Speicher befinden. Und damit haben Sie schon fast ein verteiltes Modell wie bei den MPP-Rechnern. Die Programmiermodelle gleichen sich also an.

CW: Welche Möglichkeiten zur Vereinfachung für das Programmieren von MPP-Systemen gibt es?

Reger: Mit dem virtuellen verteilten Speicher gleichen sich beide Systeme an. Dazu muß der Hersteller allerdings eine Infrastruktur bereitstellen, die diese Lösung ermöglicht und jedem Prozessor eine gemeinsame Sicht auf alle Speicherbereiche gibt. Beispielsweise hat Kendall Square Research das bereits früher versucht, ohne allerdings eine schnelle skalierbare Switch-Infrastruktur anzubieten. Beide Architekturen gleichen sich also an, wenngleich der Programmieraufwand bei MPP-Systemen immer noch größer ist. Dafür bleibt die hohe Skalierbarkeit erhalten.

CW: Nun verwendet allerdings beispielsweise Silicon Graphics für seine Numa-Architekur ebenfalls ein Router-System und behauptet, daß damit für die Skalierbarkeit keine Grenzen mehr bestehen.

Reger: Natürlich versuchen alle Hersteller, die Beschränkung des Busses - auch mit Switch-Technik - abzumildern. Ganz ausschalten kann man sie aber nicht. Zudem ist Switch nicht gleich Switch. Teils werden Pakete geswitcht, teils werden sie über einen Bus geschickt, der eine Art parallele Verbindung darstellt. Bei unseren SP-Systemen verläuft die Kommunikation der Prozessoren über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Wir erreichen dadurch einen sehr hohen Gesamtdurchsatz.

CW: Hat IBM Pläne für cc:Numa?

Reger: Derzeit nicht. Unsere eigene SMP-Technik ist besser skalierbar als die gängigen SMP-Implementierungen im Markt. Und wenn das nicht reicht, setzen wir unsere SP-Rechner auf MPP-Basis ein, bei Bedarf auch mit SMP-Knoten. Numa ist sehr gut, wenn man eine Produktpalette hat, wo die Grenzen der Skalierbarkeit von normalen SMP-Systemen zu sehen sind und sich mit Numa die Leistungsfähigkeit erhöhen läßt.