РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ
БЕЗОТКАЗНОСТИ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ, ФУНКЦИОНИРУЮЩЕЙ В КЛАССЕ ВЫЧЕТОВ НА
ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАССИВНОЙ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ
2.1. Исследование существующих и перспективных методов повышения безотказности
СОИ реального времени с учетом требований по производительности
Современные СОИ ТА, созданные на основе использования позиционных систем
счисления, совершенствуются в основном за счет миниатюризации своей элементной
базы и создания многопроцессорных вычислительных систем (SMP – системы).
Переход к сверхбольшим интегральным схемам (СБИС) на кремниевой основе
существенно улучшило основные характеристики СОИ и в первую очередь
производительность, надежность, габариты, потребляемую мощность. Однако
миниатюризация элементной базы на основе применения СБИС и ПЛИС (PLD), кроме
нерешенных проблем (минимизация межсхемных соединений между СБИС, уменьшение
количества применяемых типов СБИС и т.д.), практически достигла предела. В
настоящее время размер топологических элементов, входящих в СБИС, составляет
примерно 2 – 3 мкм, а к концу 2010 г. размер этих элементов будет
ориентировочно равен всего 0,5ч0,1 мкм. Дальнейшее уменьшение размеров,
элементов, входящих в СБИС, вызывает значительные трудности, заключающиеся в
первую очередь в следующем: решение проблемы контроля и диагностики СБИС;
монтаж небольших кристаллов снижает некоторые показатели надежности МСОИ;
плотность упаковки элементов, ухудшает экономические показатели; при уменьшении
размеров элементов СБИС возникает необходимость в снижении рабочих напряжений,
для которых пределом могут являться термодинамические процессы, происходящие в
них, например, собственные шумы, одновременно с этим сам полупроводниковый
материал на кремниевой основе имеет максимально допустимые значения
напряженности электрического поля, которые также ограничивают размеры
транзисторов.
Одновременно с этим, в связи со сложностью и масштабностью решаемых в народном
хозяйстве страны проблем по созданию систем искусственного интеллекта, решению
задач метеорологии, аэродинамики, физики, задач военного назначения, задачи
обработки изображений и речевой информации при лимите времени и др., требования
к повышению надежности и к увеличению как системной (производительность,
достигаемая при решении совокупности пользовательских задач), так и
пользовательской (производительность, достигаемая при решении одной отдельно
взятой задачи) производительности МСОИ ТА постоянно возрастают. Данное
обстоятельство обуславливает необходимость дальнейших исследований путем
повышения системной и особенно пользовательской производительности (уменьшение
времени решения данной конкретной задачи), а также надежности СОИ ТА АЭС. В
этом плане очевидны два основных глобальных направления в решении этой
двуединой проблемы:
создание принципиально новой элементной базы вычислительной техники;
создание вычислительной системы новаторской архитектуры, предполагающей
реализацию голографических принципов переработки информации.
Отметим, что между этими двумя направлениями повышения эффективности
использования СОИ реального времени существует тесная связь. Действительно,
новая элементная база вычислителей, возможно, потребует для своего применения
более эффективного использования принципиально новой организации
вычислительного процесса на основе новаторской архитектуры МСОИ, а создание
вычислительных структур глобальной переработки информации предъявляет
повышенные требования к элементной базе МСОИ, путем ее совершенствования или
создания новой, существенно отличной от существующей. Современные концепции
создания перспективных СОИ ТА основываются на синтезе вычислительных систем
(ВС) параллельной (глобальной) обработки информации путем использования
голографического принципа обработки информации [65-67].
Рассмотрим существующие и возможные перспективные пути повышения
производительности и надежности СОИ ТА. В дальнейшем под производительностью
СОИ нас будет интересовать только пользовательская производительность.
Наметились или уже реализуются следующие пути повышения безотказности и
производительности СОИ ТА [1, 2, 68]:
создание СОИ из набора процессоров или ряда отдельных средств обработки
информации (многомашинные комплексы и многопроцессорные системы, конвейерные
(магистральные) вычислительные системы и т.п.);
использование некоторых свойств данного класса решаемых задач (естественный
параллелизм и параллелизм множества объектов, параллелизм независимых ветвей и
смежных операций, искусственный параллелизм и др.);
применение табличных методов переработки информации;
повышение производительности на базе одного процессора путем использования
принципиально новой элементной базы, так как время переключения элементов, из
которых современный процессор, уже сегодня близок к своему пределу;
разработка новой архитектуры сверхпроизводительного процессора на основе
использования голографического принципа переработки информации.
Оценим влияние показанных выше путей на повышение производительности СОИ
[69-71].
Использование набора процессоров позволяет повысить системную
производительность, оставляя значение пользовательской производительности МСОИ
в одних и тех же пределах. Кроме этого, применение данного метода повышения
производительности МСОИ требует для своей реализации значительного количества
оборудования, что ограничивает его широкое практическое применение.
Применение методов повышения производительности, основанных на и
- Київ+380960830922