parallelprocessing mt05 7 organization mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · lectured by:...

21
Processor Organization Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam

Upload: others

Post on 19-Jul-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Processor Organization

Lectured by: Pham Tran Vu

Prepared by: Thoai Nam

Page 2: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Outline

� Criteria:

– Diameter, bisection width, number of edges per node,

maximum edge length.

� Processor Organizations:

– Mesh, binary tree, hypertree, pyramid, butterfly, hypercube, shuffle-exchange

Page 3: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Criteria

� Diameter

– The largest distance between two nodes

– Lower diameter is better

� Bisection width

The minimum number of edges that must be removed in order to divide the network into two halves (within one)

� Number of edges per node

� Maximum edge length

Page 4: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Mesh (1)

� Q-dimensional lattice

� Communication is allowed only between neighboring nodes. Interior nodes communicate with 2q other nodes.

Page 5: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Mesh (2)

� Q-dimensional mesh with kq nodes

– Diameter: q(k-1)

– Bisection width: kq-1

– The maximum number of edges per node: 2q

– The maximum edge length is a constant

Page 6: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Binary Tree

� Depth k-1: 2k-1 nodes

� Diameter: 2(k-1)

� Bisection width: 1

� Length of the longest edge: increasing

Page 7: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Fat Tree

� Bandwidth problem on binary tree

Page 8: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Hypertree (1)

� Hypertree of degree k and depth d: a complete k-ary tree of

height d.

Page 9: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Hypertree (2)

� A 4-ary hypertree with depth d has 4d leaves and 2d(2d+1-1) nodes

in all

– Diameter: 2d

– Bisection width: 2d+1

– The number of edges per node ≤ 6

– Length of the longest edge: increasing

Page 10: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Pyramid

� Size k2: base a 2D mesh network containing k2 processors, the

total number of processors=(4/3)k2 -1/3

� A pyramid of size k2:

– Diameter: 2logk

– Bisection width: 2k

– Maximum of links per node: 9

– Length of the longest edge: increasing

Page 11: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Butterfly (1)

� (k+1)2k nodes divided into k+1 rows (rank), each contains n=2k

nodes.

� Ranks are labeled 0 through k

� Node(i,j): j-th node on the i-th rank

� Node(i,j) is connected to two nodes on rank i-1: node(i-1,j) and node (i-1,m), where m is the integer found by inverting the i-th

most significant bit in the binary representation of j

� If node(i,j) is connected to node(i-1,m), then node (i,m) is connected to (i-1,j)

� Diameter=2k

� Bisection width=2k-1

� Length of the longest edge: increasing

Page 12: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Butterfly (2)

Rank 0

Rank 1

Rank 2

Rank 3

Node(1,5): i=1, j=5

j = 5 = 101 (binary)

i=1

001 = 1

Node(1,5) is connected to

node(0,1)

0 1 2 3 4 5 6 7

Page 13: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Hypercube (1)

� 2k nodes form a k-dimensional hypercube

� Nodes are labeled 0, 1, 2,…, 2k-1

� Two nodes are adjacent if their labels differ in exactly one

bit position

� Diameter=k

� Bisection width= 2k-1

� Number of edges per node is k

� Length of the longest edge: increasing

Page 14: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Hypercube (2)

6

7

3

2

1

0

4

5

3

2

1

0

1

00

Page 15: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Hypercube (3)

6

7

3

2

1

0

4

5

14

15

11

10

9

8

12

13

� 5 = 0101

� 1 = 0001

� 4 = 0100

� 13 = 1101

Page 16: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Others

� Cube-Connected cycles

� Shuffle-Exchange

� De Bruijn

Page 17: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Topologies in Real Machines

ButterflyBBN Butterfly (really old)

Fat tree (approx)IBM SP

ArbitraryMyricom (Millennium)

HypercubeSGI Origin

Fat treeQuadrics (in HP Alpha

server clusters)

2D MeshIntel Paragon (old)

4D Hypercube*Cray X1

Fat treeSGI Altix

3D TorusBlue Gene/L

3D MeshRed Storm (Opteron +

Cray network, future)o

lde

r n

ew

er

Page 18: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Mapping

� The process of embedding a data structure (represented by

a graph G) into the structure of processors (represented by graph G’)

� Dilation: the largest distance between any two adjacent nodes of G in G’ after mapping

Page 19: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Mapping a Ring into a 2D Mesh

� Dilation: 1

Page 20: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Mapping a 2D Mesh into a 2D Mesh

� Dilation: 1

Page 21: ParallelProcessing MT05 7 Organization Mappingcse.hcmut.edu.vn/~ptvu/ppds/lec6.pdf · Lectured by: Pham Tran Vu Prepared by: Thoai Nam. Khoa Khoa Hc và K Thu t Máy Tính Outline

Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

Mapping a binary tree into a 2D Mesh

� Dilation: 1