Блок формирования хэш-функций как средство локализации вычислений в параллельной потоковой вычислительной системе

А unit of forming of hash-functions as a means for the localization of computations in the parallel dataflow computing system

Змеев Д.Н. Левченко Н.Н. Окунев А.С. Кузьмин Е.Н.

24.10.2015 2306

№ 10 (21)

10. Информатика, вычислительная техника и управление

Цитировать:

Блок формирования хэш-функций как средство локализации вычислений в параллельной потоковой вычислительной системе // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Змеев Д.Н. [и др.]. 2015. № 10 (21). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/2672 (дата обращения: 05.12.2025).

Прочитать статью:

Keywords: computation core of PDCS "Buran", unit of forming of hash-functions, localization of computations, nodes of hardware and software forming of hash-functions

АННОТАЦИЯ

Современные вычислительные системы кластерного типа демонстрируют низкую реальную производительность на большом круге актуальных задач, что ставит вопрос об изменении модели вычислений. По мнению специалистов, изменение модели вычислений тем более необходимо для проектируемых суперкомпьютерных систем.

В Институте проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук ведутся работы над проектом параллельной потоковой вычислительной системы (ППВС), которая реализует новую потоковую модель вычислений с динамически формируемым контекстом. Данная модель вычислений обладает рядом преимуществ по сравнению с применяемыми в традиционных вычислительных системах моделях вычислений и основана на активации вычислительных квантов по готовности данных.

Фактически основным методом управления вычислениями в ППВС является локализация вычислений по вычислительным ядрам, а также разбиение задачи на этапы (локализация во времени). Эти методы реализуются с помощью задаваемых пользователем хэш-функций, для вычисления которых необходима эффективная аппаратная поддержка.

Функция распределения задается пользователем вместе с программой — обычно это одна формула (зависящая от полей ключа), возможно, своя для каждого узла или группы узлов. Ее следует выбирать так, чтобы: а) минимизировать количество обменов между ядрами и б) обеспечить относительную равномерность загрузки ядер.

Аппаратура блока формирования хэш-функций поддерживает аппаратную выработку следующих хэш-функций, используемых для конкретных актуальных задач: ZIP, NORM, BLK, STD, FLD.

Для исследования работы различных хэш-функций было реализовано несколько вариантов RTL-описаний этих хэш-функций.

В дальнейшем будет продолжено расширение функциональности блока формирования хэш-функций для поддержки многозадачного режима работы, созданы аппаратные реализации новых хэш-функций, что позволит увеличить производительность вычислительной системы.

ABSTRACT

Modern clusters demonstrate low real performance on a large range of actual tasks. It raises the question of changing the computing model. According to experts, changing of computing model is especially necessary for the planned supercomputer systems.

The Institute for Design Problems in Microelectronics of Russian Academy of Sciences is working on a project of the parallel dataflow computing system (PDCS) which implements a new dataflow computing model with dynamically formed context. This computing model has a number of advantages compared to a traditional ones used in computer systems and is based on the activation of computational quantums by data availability.

Actually, the main method of computation management in the PDСS is a localization of computations by computational cores, and partitioning tasks into stages (localization by time). These methods are implemented by using user-defined hash-functions. And the effective hardware support is needed to calculate these functions.

The distribution function is defined by the user with the program — usually it is a one formula (which depends on the fields of key), probably, is different for each node or group of nodes. It should be selected so as to: a) minimize the number of exchanges between the cores, and b) provide a relatively uniform loading of cores.

A unit of forming of hash-functions supports a hardware computation of the following hash-functions used for specific actual tasks: ZIP, NORM, BLK, STD, FLD.

To study the work of various hash-functions there were implemented several RTL-descriptions of these hash-functions.

In the future, the functionality of unit of forming of hash-functions will be expanded to support the multitasking, and a hardware realization of new hash-functions will be implemented, which will allow to increase the performance of the computing system.

Список литературы:

1. Климов А.В., Левченко Н.Н., Окунев А.С. Модель вычислений с управлением потоком данных как средство решения проблем больших распределенных систем // Материалы Второй Всероссийской научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии» (СКТ-2012), 24—29 сентября 2012 года, с. Дивноморское, Геленджикский район. — С. 303—307.
2. Климов А.В., Левченко Н.Н., Окунев А.С. и др. Использование архитектуры потока данных для создания сверхвысокопроизводительных вычислительных систем // Материалы Второй Всероссийской научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии» (СКТ-2012), 24—29 сентября 2012 года. — Дивноморское, Геленджикский район, 2012. — С. 64—68.
3. Левченко Н.Н., Окунев А.С. Об одном подходе к применению векторного функционального устройства в ППВС // Материалы Международной научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии: разработка, программирование, применение» (СКТ-2010). — Таганрог — Москва, 2010. — Т. 1. — С. 124—126.
4. Стемпковский А.Л., Левченко Н.Н., Окунев А.С. Архитектура высокопроизводительной вычислительной системы с высокой реальной производительностью // Материалы Международной научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии: разработка, программирование, применение» (СКТ-2010). — Таганрог—Москва, 2010. — Т. 1. — С. 153—157.
5. Стемпковский А.Л., Левченко Н.Н., Окунев А.С. Архитектура сверхпетафлопной вычислительной системы с высокой реальной производительностью, базирующейся на нетрадиционной модели вычислений // Материалы научной конференции «Результаты целевых ориентированных фундаментальных исследований и их использование в российской промышленности». — Таганрог, Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. — С. 68—72.
6. Яхонтов Д.Е., Левченко Н.Н., Окунев А.С. Принципы работы блока специальных операций модуля ассоциативной памяти параллельной потоковой вычислительной системы ППВС // Материалы Международной научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии: разработка, программирование, применение» (СКТ-2010), Таганрог — Москва, 2010. — Т. 1. — С. 166—170.

References:

1. Klimov A.V., Levchenko N.N., Okunev A.S. Dataflow model of computations as a means of decisions the problems of large distributed systems. Superkomp'juternye tehnologii (SKT-2012). [Supercomputer technologies (SCT-2012)]. Divnomorscoe, 2012, pp. 303—307. (In Russian).
2. Klimov A.V., Levchenko N.N., Okunev A.S., Stempkovskiy A.L. Dataflow architecture usage for ultra performance computing systems development. Superkomp'juternye tehnologii (SKT-2012). [Supercomputer technologies (SCT-2012)]. Divnomorscoe, Russia, 2012, pp. 64—68. (In Russian).
3. Levchenko N.N., Okunev A.S. About one approach to vector functional unit application in PDCS. Superkomp'juternye tehnologii: razrabotka, programmirovanie, primenenie (SKT-2010). [Supercomputer technologies: design, programming, application (SCT-2010)]. Taganrog — Moscow, 2010, vol. 1, pp. 124—126. (In Russian).
4. Stempkovskiy A.L., Levchenko N.N., Okunev A.S. High-performance computer systems architecture with high real performance. Superkomp'juternye tehnologii: razrabotka, programmirovanie, primenenie (SKT-2010). [Supercomputer technologies: design, programming, application (SCT-2010)]. Taganrog — Moscow, 2010, vol. 1, pp. 153—157. (In Russian).
5. Stempkovskiy A.L., Levchenko N.N., Okunev A.S. Above petaflop’s computer systems architecture with high real performance, based on non-traditional computing model. Rezul'taty celevyh orientirovannyh fundamental'nyh issledovanij i ih ispol'zovanie v rossijskoj promyshlennosti [Results of the target-oriented fundamental researches and their usage in russian industry]. Taganrog, TTI IuFU Publ., 2010, pp. 68—72. (In Russian).
6. Yahontov D.E., Levchenko N.N., Okunev A.S. Principles of work of the special operations unit of the associative memory module of parallel dataflow computing system. Superkomp'juternye tehnologii: razrabotka, programmirovanie, primenenie (SKT-2010). [Supercomputer technologies: design, programming, application (SCT-2010)]. Taganrog — Moscow, 2010, vol. 1, pp. 166—170. (In Russian).

Информация об авторах

Змеев Дмитрий Николаевич

научный сотрудник, Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, 124365, РФ, Москва, Зеленоград, ул. Советская, дом 3

Zmejev Dmitry

Research scientist, Institute for Design Problems in Microelectronics of Russian Academy of Sciences, 124365, Russian Federation, Moscow, Zelenograd, Sovetskaya Street, 3

Левченко Николай Николаевич

кандидат техн. наук, заведующий отделом, Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, 124365, РФ, Москва, Зеленоград, ул. Советская, дом 3

Levchenko Nikolay

Candidate of Engineering sciences, head of the department, Institute for Design Problems in Microelectronics of Russian Academy of Sciences, 124365, Russian Federation, Moscow, Zelenograd, Sovetskaya Street, 3

Окунев Анатолий Семенович

кандидат техн. наук, ведущий научный сотрудник, Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, 124365, РФ, Москва, Зеленоград, ул. Советская, дом 3

Okunev Anatoly

Candidate of Engineering sciences, a leading research scientist, Institute for Design Problems in Microelectronics of Russian Academy of Sciences, 124365, Russian Federation, Moscow, Zelenograd, Sovetskaya Street, 3

Кузьмин Егор Никитович

инженер-исследователь, Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, 124365, РФ, Москва, Зеленоград, ул. Советская, дом 3

Kuzmin Egor

Research engineer, Institute for Design Problems in Microelectronics of Russian Academy of Sciences, 124365, Russian Federation, Moscow, Zelenograd, Sovetskaya Street, 3