Типичным представителем многопроцессорной системы с массовым параллелизмом (MPP) является суперкомпьютер nCUBE2, состоящий из мультипроцессора nCUBE2 и хост-компьютера, управляющего его работой. Мультипроцессор состоит из набора процессорных модулей (узлов), объединенных в гиперкубовую структуру. В такой структуре процессоры размещаются в вершинах N- мерного куба (гиперкуба), а коммуникационные каналы, соединяющие процессоры, расположены вдоль ребер гиперкуба. Общее число процессоров в гиперкубе размерности N равно 2^N. На рис. 4.1 приведены гиперкубовые структуры для различного числа процессоров.

Рис. 4.1. Гиперкубовые структуры для различного числа процессоров.

Гиперкубовая архитектура является одной из наиболее эффективных топологий соединения вычислительных узлов. Основным показателем эффективности топологии многопроцессорной системы является количество шагов, требуемое для пересылки данных между двумя наиболее удаленными друг от друга процессорами. В гиперкубовой архитектуре максимальное расстояние (число шагов) между узлами равно размерности гиперкуба. Например, в системе с 64 процессорами сообщение всегда достигнет адресата не более, чем за 6 шагов. Для сравнения заметим, что в системе с топологией двумерной сетки для передачи данных между наиболее удаленными процессорами требуется 14 шагов. Кроме того, при увеличении количества процессоров в два раза максимальное расстояние между процессорами увеличивается всего на 1. Очевидно, что для образования такой архитектуры на вычислительных узлах необходимо иметь достаточное количество коммуникационных каналов. В процессорных модулях nCUBE2 имеется 13 таких каналов, что позволяет собирать системы, состоящие из 8192 процессоров.

Физическая нумерация процессоров построена таким образом, что номера соседних узлов в двоичной записи отличаются только одним битом. Номер этого бита однозначно определяет номер коммуникационного канала, соединяющего эти процессоры. Это позволяет эффективно реализовать аппаратные коммутации между любой парой процессоров. Подкубом в гиперкубовой архитектуре называют подмножество узлов, которые, в свою очередь, образуют гиперкуб меньшей размерности. Каждая из 8-ми вершин куба образует подкуб размерности 0; четыре подкуба размерности 1 образуют совокупности узлов (0,1), (2,3), (4,5), (6,7); два подкуба размерности 2 образуют совокупности узлов (0,1,3,2) и (4,5,7,6); один подкуб размерности 3 образует вся совокупность 8-ми узлов. На рис. 4.2 жирными линиями выделено по одному подкубу размерности 1 и 2. Для параллельной программы всегда выделяется набор узлов, образующих подкуб нужной размерности. Это означает, что программа не может быть загружена в набор узлов (1,3,7,5) при заказе 4-х процессоров, поскольку они не принадлежат одному подкубу.

Рис. 4.2. Подкубы размерности 1 и 2 в трехмерном гиперкубе.

Каждый узел в массиве процессоров nCUBE2 состоит из 64-битного центрального процессора, коммуникационного процессора и оперативной памяти. Коммуникационный процессор отвечает за пересылку данных между узлами, освобождая центральный процессор от выполнения рутинных операций по приему, отправке и маршрутизации потока данных. Ниже приведены технические характеристики вычислительного комплекса nCUBE2, установленного в РГУ:

Доступ к вычислительным ресурсам nCUBE2 получают пользователи, зарегистрированные на хост-компьютере, роль которого выполняет рабочая станция SGI 4D/35 (Silicon Graphics), работающая под управлением операционной системы IRIX 4.0.5. С помощью хост-компьютера выполняется начальная инициализация системы, ее тестирование и подготовка программ для их выполнения на nCUBE2. В программное обеспечение хост-компьютера входит серверная программа (proxy-сервер), позволяющая организовать прямой доступ к вычислительным ресурсам nCUBE2 с хост-компьютеров второго уровня, в качестве которых могут выступать рабочие станции SUN. Для этого на них должно быть установлено программное обеспечение хост-компьютера.

На хост-компьютерах устанавливается среда параллельного программирования (Parallel Software Environment - PSE). PSE поставляется в трех вариантах: для операционных систем IRIX 4.0.5, SunOS и Solaris.