ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОЯДЕРНЫХ ПРОЦЕССОРОВ СОВРЕМЕННЫХ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ ДЛЯ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ЗАДАЧ ДИСКРЕТНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ Шарипов М.И.

Уфимский государственный нефтяной технический университет


Номер: 5-1
Год: 2016
Страницы: 118-122
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

дискретная оптимизация, многоядерный процессор, распараллеливание процесса решения, discrete optimization, multi-core processor, parallelization of the solving process

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Рассматриваются особенности аппаратной платформы современных компьютеров и возможности распараллеливания решения задач дискретной оптимизации на современных многоядерных процессорах.

Текст научной статьи

В настоящее время используемые на предприятиях персональные компьютеры [1] включают в себя процессоры с двумя и более ядрами, а также оперативную память емкостью от 2 Гбайт и выше, подключенную к процессору по двум независимым каналам. На рис. 1 представлена упрощенная структурная схема современного компьютера на базе многоядерного процессора Intel Core-ix 2-го поколения с двумя каналами для подключения модулей оперативной памяти, и отдельным интерфейсом для подключения графического адаптера. Процессор по системной шине также подключается к контроллеру системной платы, к которому подключаются все периферийные устройства: адаптеры, шины ввода-вывода, дисковые контроллеры. Процессор содержит в себе несколько ядер, каждое из которых содержит независимые регистры общего назначения, декодеры и конвейеры команд, блоки управления, арифметико-логические устройства, регистры и блоки для операций с плавающей запятой. Также процессор содержит регистры и блоки для выполнения векторных операций (набор команд SSE - Streaming SIMD Extensions, SIMD - Single Instruction Multiple Data) [2]. Рис. 1. Структурная схема современного персонального компьютера Кроме того, каждое ядро имеет кэш-память первого уровня (L1) для команд и данных, а также кэш-память второго уровня (L2) для данных. Также имеется кэш-память 3-го уровня общая для всех ядер. Наконец, процессор также имеет двухканальный контроллер для оперативной памяти, контроллер системной шины и интерфейс для графического адаптера. На рис. 2 представлена упрощенная структурная схема современного процессора Intel Core-ix 2-го поколения. В то же время мониторинг загрузки процессоров пользовательских компьютеров предприятий показывает, что вычислительные ресурсы часто используются неэффективно и попросту большую часть времени простаивают. Рис. 2. Структурная схема процессора Intel Core-ix 2-го поколения. С другой стороны на предприятии всегда имеется множество проблем логистики, сводящихся к задачам принятия решений [3], которые зачастую носят дискретный характер и для их решения применяются различные методы комбинаторного перебора вариантов решений [4]. Нетрудно заметить, что на многоядерном процессоре можно организовать одновременный комбинаторный поиск в различных областях большого многомерного поискового пространства. На рис. 3 приведен пример организации поискового процесса на 4-ядерном процессоре с разбиением некоторого поискового пространства для некоторой задачи оптимизации на 8 областей различного размера. На рис. 4 приводятся временные диаграммы выполнения различных блоков поискового процесса на различных ядрах процессора. Рис. 3. Пример разбиения поискового процесса на 4-ядерном процессоре Рис. 4. Временные диаграммы работы отдельных ядер процессора В рамках научных исследований автором были разработаны модели параллельных вычислений на многоядерных процессорах, разработан алгоритм распараллеливания, и проведено экспериментальное исследование по оценке ускорения задач поиска решений на примере решения задач распределения вычислительных ресурсов [5, 6, 7] с разбиением на подзадачи псевдобулевой оптимизации. Результаты исследований показало ускорение решения задач до 3,5 раз за счет распараллеливания на 4-ядерном процессоре процесса решения задач псевдобулевой оптимизации.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.