الحوسبة المتوازية والموزعة – قانون أمدال ووحدة GPU وخط الأنابيب

ماذا تعرض

تشغّل الحوسبة المتوازية أجزاء من البرنامج في الوقت نفسه على عدة أنوية؛ أما الحوسبة الموزعة فتقسّم العمل بين حواسيب على شبكة، يجب أن ترسل البيانات بعضها إلى بعض. لا يمكن توزيع إلا الجزء المتوازي p من العمل، لذلك يعطي قانون أمدال التسريع S = 1/((1 − p) + p/n)، الذي لا يمكن أن يتجاوز 1/(1 − p). وفي الأنظمة الموزعة يزداد زمن الاتصال مع عدد الحواسيب، وقد تجعل الحواسيب الإضافية العمل أبطأ. وتملك وحدة GPU آلاف الأنوية البسيطة التي تناسب تنفيذ العملية نفسها على بيانات كثيرة. ويجعل خط الأنابيب مراحل الجلب وفك الترميز والتنفيذ للتعليمات المتتالية تتداخل.

طريقة الاستخدام

في تبويب «متوازٍ وموزّع» اختر «النمط»، واضبط «الجزء المتوازي p» و«عدد الأنوية n» و«المهام»، وفي النمط الموزّع «إرسال البيانات لكل حاسوب»؛ ثم اضغط «ابدأ» لتحريك مخطط غانت، و«إضافة إلى الجدول» لتسجيل النتيجة. في تبويب «CPU و GPU» اختر «المهمة» و«أنوية GPU» واضغط «ابدأ». وفي تبويب «خط الأنابيب» اختر «البرنامج»، وحدّد «خط الأنابيب» أو ألغِ تحديده، واستخدم «خطوة» أو «تشغيل».

المعاملات القابلة للتغيير

• التبويب الأولي متوازٍ وموزّع, CPU و GPU, خط الأنابيب
• النمط تسلسلي (نواة واحدة), متوازٍ (n من الأنوية), موزّع (n من الحواسيب المتصلة بشبكة)
• الجزء المتوازي p 0–100 %
• عدد الأنوية أو الحواسيب n 1–32
• عدد المهام المتوازية 4–48
• زمن إرسال البيانات إلى كل حاسوب 0–5 s
• عدد أنوية GPU 32, 64, 128, 256, 512
• المهمة في تبويب GPU مرشح الأبيض والأسود (كل بكسل مستقل), تمويه متتابع (كل بكسل يحتاج إلى الذي قبله)
• تشغيل خط الأنابيب
• البرنامج في تبويب خط الأنابيب تعليمات مستقلة, مع تعارض بيانات, تعارض، مع إعادة ترتيب التعليمات

أسئلة للاستكشاف

1. عندما p = 80%، لماذا لا يكاد الانتقال من 16 إلى 32 نواة يسرّع العمل؟
2. في النمط الموزّع، لماذا قد تجعل إضافة مزيد من الحواسيب العمل أبطأ؟
3. لماذا تتفوق GPU في مرشح الأبيض والأسود، لكنها تخسر أمام CPU في التمويه المتتابع؟