такой обработке, так что эффективная оперативная скорость может составить всего 10-20 % от максимально достижимой (согласно оценке) скорости [Fernbach, 1986].

Способность довести суммарную скорость выполнения задания до предела, поставленного возможностями техники, частично зависит от способности операционной системы и компилятора к векторизации вычислительного алгоритма, а частично от выбора таких вычислительных алгоритмов, которые по своим свойствам поддаются подобной векторизации [Ortega, Voigt, 1985]. Придание вычислительному алгоритму такой структуры, которая позволяет реализовать векторизацию, представляет собой важную тему для исследования, но выходит за пределы данной книги. По-видимому, долгосрочная тенденция будет идти в направлении создания таких операционных систем и ко1-пиляторов, которые обеспечивали бы проведение векторизации при условии, что пользователь мало заботится о соответствующей модификации основного алгоритма.

Если архитектура ЭВМ соответствует принципу трубопровода и имеется эффективная программа векторизации, а временной цикл машины сделан сколь возможно малым, то главным средством дальнейшего повышения оперативной скорости является внедрение множественных процессоров, действующих по принципу параллелизма. В настоящее время суперкомпьютеры [Fernbach, 1986] конструируются так, что они имеют до восьми процессоров, работающих в параллельном режиме. Теоретически это должно было бы обеспечивать восьмикратное повышение скорости. Как показывают предварительные эксперименты Стивенса [Stevens, 1986] с двухпроцессорной машиной CRAY-X/MP, при численной реализации наиболее характерных программ ВГАД можно добиться повышения скорости, получая от 75 до 95 % теоретически возможного максимума.

Идея о введении некоторого набора процессоров, каждый из которых оперирует с отдельным элементом вектора, сыграла важную роль при разработке более эффективной архитектуры компьютеров [Носкпеу, Jesshope, 1981]. Компьютер Illias-IV имел 64 параллельных процессора и достигал суммарной оперативной скорости, сравнимой со скоростями машин CRAY-1 и CYBER-205, хотя временной цикл этого компьютера составлял целых 80 НС. Сравнительные достоинства процессоров, работающих по принципу трубопровода и параллельному принципу, в общем виде обсуждаются в работах Левина [Levine, 1982], Ор-теги и Фойта [Ortega, Voigt, 1985], а более подробно -в работе Хокни и Джессхоупа [Носкпеу, Jesshope, 1981].

Разработка более объемистых и более дешевых модулей памяти стимулируется существенным коммерческим интересом

2 к. Флетчер, т. 1

по отношению к хранению и обработке данных. Для приложения к ВГАД важно, чтобы вся программа, включая команды и набор переменных, сохранялась в основной памяти. Это связано с тем, что скорость передачи данных из вторичной (дисковой) памяти в основную намного меньше, чем скорости обмена между основной памятью и узлами процессора. В прошлом именно объем основной памяти определял предел сложности исследуемых задач ВГАД.

Весьма впечатляющей является хронологическая последовательность в возрастании объема памяти суперкомпьютеров. У машины CDC-7600 (проект 1970 г.) объем памяти составлял 4-105 64-битовых слов. Компьютер CYBER-205 (проект 1980 г.) обладает памятью в 3-10 64-битовых слов, а, согласно программе NAS [Bailey, 1986], ожидается, что к 1990 г. будут действовать суперкомпьютеры с основной памятью объемом .в 10 64-битовых слов.

Значительный прогресс в создании миникомпьютеров в-1970-х гг. и микрокомпьютеров в 1980-х гг. обеспечил альтернативный путь к формированию стоимостно-эффективной ВГАД. Появление микрокомпьютеров с 32-битовой памятью свидетельствует о том, что ограниченная возможность доступа к основной памяти уже не является препятствием к применению микрокомпьютеров. Следовательно, относительная дешевизна оперативной памяти указывает на возможность эффективного решения больших задач с помощью микро- или миникомпьютеров. Основное отличие микрокомпьютеров от полногабаритных машин состоит в их значительно более медленном временном цикле, а также в их упрощенной и менее эффективной архитектуре.

Объединение многих сравнительно маломощных параллельных процессоров рассматривается как весьма эффективный путь к решению сложных задач ВГАД. Каждый из таких процессоров может базироваться на применении вполне стандартных микрокомпьютерных компонентов, что приведет к возможно малой стоимости системы. Типичная система такого рода - РАХ-128 -описана в докладе Хосино [Hoshino, 1986]. Эта система имеет 128 процессорных узлов, каждый из которых базируется на микрочипах типа Motorola-68000, действующих со сравнительно медленным временным циклом, равным 500 не. Несмотря на это, система РАХ-128 способна развивать скорость до 4 мегафлоп.

Сравнительно медленное действие систем, базирующихся на микрокомпьютерах, может компенсироваться допущением более длительных времен счета. Если для рутинной проектно-рас-четной работы 15 мин на суперкомпьютере является, по-видимому, общепринятой нормой [Bailey, 1986], то в процессе ис-

следований и разработок времена счета на микрокомпьютере порядка одного дня могут оказаться вполне приемлемыми. Это даже дает преимущество исследователю, работающему в области ВГАД, предоставляя ему достаточное время для интерпретации результатов и подготовки к расчету дополнительных вариантов.

10 V

§

о ffl

- CRAY-2 (прогноз)

- сувек-205

£ 108

Возможность В 1989 г. (прогноз)

Моделирование с крупными вихрями у

Уравнения Навье-Стокса с осреднением по Рейнольде/

АС - самолет W-крыло А -профиль

J-LJjJ I I ni

ODCl 0.01 0.1

10 10 10 10

Скорость компьютера, мегафлоп

Рис. 1.3. Требования со стороны ВГАД к скорости компьютеров и объему памяти (согласно [Bailey, 1986]; воспроизведено с разрешения Japan Society of Computational Fluid Dynamics).

Весьма обнадеживающими являются прогнозы на будущее, касающиеся скорости компьютеров и объема их памяти. Как свидетельствуют оценки, сделанные в работах [Chapman, 1981; Bailey, 1986; Fernbach, 1986], к 1990 г. можно ожидать возрастания скорости компьютеров до 10 мегафлоп, а объема основной памяти - до 1000 мегаслов. Как предполагается, этого будет достаточно (рис. 1.3) для полного расчета установившегося вязкого (турбулентного) сжимаемого потока вокруг летательного аппарата.