Arquitecturas Avanzadas Y Comerciales

Multiprocesamiento Simétrico

El Multiprocesamiento simétrico (symmetric multiprocessing / SMP) tiene un diseño simple pero aun así efectivo. En SMP, multiples procesadores comparten la memoria RAM y el bus del sistema. Este diseño es también conocido como estrechamente acoplado (tightly coupled), o compartiendo todo (shared everything).

Debido a que SMP comparte globalmente la memoria RAM, tiene solamente un espacio de memoria, lo que simplifica tanto el sistema físico como la programación de aplicaciones. Este espacio de memoria único permite que un Sistema Operativo con Multiconexión (multithreaded operating system) distribuya las tareas entre varios procesadores, o permite que una aplicación obtenga la memoria que necesita para una simulación compleja. La memoria globalmente compartida también vuelve fácil la sincronización de los datos.

SMP es uno de los diseños de procesamiento paralelo más maduro. Apareció en los supercomputadores Cray X-MP y en sistemas similares hace década y media (en 1983).

Sin embargo, esta memoria global contribuye el problema más grande de SMP: conforme se añaden procesadores, el tráfico en el bus de memoria se satura. Al añadir memoria caché a cada procesador se puede reducir algo del tráfico en el bus, pero el bus generalmente se convierte en un cuello de botella al manejarse alrededor de ocho o más procesadores. SMP es considerada una tecnología no escalable.

Procesamiento Masivamente Paralelo

El Procesamiento masivamente paralelo (Massively parallel processing / MPP) es otro diseño de procesamiento paralelo. Para evitar los cuellos de botella en el bus de memoria, MPP no utiliza memoria compartida. En su lugar, distribuye la memoria RAM entre los procesadores de modo que se asemeja a una red (cada procesador con su memoria distribuida asociada es similar a un computador dentro de una red de procesamiento distribuido). Debido a la distribución dispersa de los recursos RAM, esta arquitectura es también conocida como dispersamente acoplada (loosely coupled), ocompartiendo nada (shared nothing).

Para tener acceso a la memoria fuera de su propia RAM, los procesadores utilizan un esquema de paso de mensajes análogo a los paquetes de datos en redes. Este sistema reduce el tráfico del bus, debido a que cada sección de memoria observa únicamente aquellos accesos que le están destinados, en lugar de observar todos los accesos, como ocurre en un sistema SMP. Únicamente cuando un procesador no dispone de la memoria RAM suficiente, utiliza la memoria RAM sobrante de los otros procesadores. Esto permite sistemas MPP de gran tamaño con cientos y aún miles de procesadores. MPP es una tecnología escalable.

El RS/6000 Scalable Powerparallel System de IBM (SP2) es un ejemplo de sistema MPP, que presenta una ligera variante respecto al esquema genérico anteriormente planteado. Los procesadores del RS/6000 se agrupan en nodos de 8 procesadores, los que utilizan una única memoria compartida (tecnología SMP). A su vez estos nodos se agrupan entre sí utilizando memoria distribuida para cada nodo (tecnología MPP). De este modo se consigue un diseño más económico y con mayor capacidad de crecimiento.

La parte negativa de MPP es que la programación se vuelve difícil, debido a que la memoria se rompe en pequeños espacios separados. Sin la existencia de un espacio de memoria globalmente compartido, correr (y escribir) una aplicación que requiere una gran cantidad de RAM (comparada con la memoria local), puede ser difícil. La sincronización de datos entre tareas ampliamente distribuidas también se vuelve difícil, particularmente si un mensaje debe pasar por muchas fases hasta alcanzar la memoria del procesador destino.

Escribir una aplicación MPP también requiere estar al tanto de la organización de la memoria manejada por el programa. Donde sea necesario, se requieren insertar comandos de paso de mensajes dentro del código del programa. Además de complicar el diseño del programa, tales comandos pueden crear dependencias de hardware en las aplicaciones.

Procesamiento Paralelo Escalable

¿Cómo superar las dificultades de SMP y MPP? La última arquitectura paralela, el Procesamiento paralelo escalable (Scalable parallel processing / SPP), es un híbrido de SMP y MPP, que utiliza una memoria jerárquica de dos niveles para alcanzar la escalabilidad. La primera capa de memoria consiste de un nodo que es esencialmente un sistema SMP completo, con múltiples procesadores y su memoria globalmente compartida.

Se construyen sistemas SPP grandes interconectando dos o más nodos a través de la segunda capa de memoria, de modo que esta capa aparece lógicamente, ante los nodos, como una memoria global compartida.

La memoria de dos niveles reduce el tráfico de bus debido a que solamente ocurren actualizaciones para mantener coherencia de memoria. Por tanto, SPP ofrece facilidad de programación del modelo SMP, a la vez que provee una escalabilidad similar

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