Introduzione al calcolo parallelo SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI Pierpaolo Guerra Anno accademico 2009/2010.

Presentazione sul tema: "Introduzione al calcolo parallelo SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI Pierpaolo Guerra Anno accademico 2009/2010."— Transcript della presentazione:

1 Introduzione al calcolo parallelo SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI Pierpaolo Guerra Anno accademico 2009/2010

2 Introduzione al calcolo parallelo Cenni sul calcolo parallelo Dal calcolo sequenziale al calcolo parallelo Perché usare il calcolo parallelo? Problematiche hardware e software Applicazioni e sviluppi

3 Cenni sul calcolo parallelo (1) Per decenni, la tecnologia ha conosciuto sempre nuovi successi divenuti forza trainante per gli sviluppi delle architetture degli elaboratori. La potenza di calcolo dei computer è aumentata essenzialmente attraverso: Aumenti della velocità del clock Chip più efficienti Memorie più ampie Ottimizzazioni del calcolo (pipelining e vettorizzazioni)

4 Cenni sul calcolo parallelo (2) Nonostante ciò quando si devono eseguire calcoli molto complessi si possono incontrare: Limiti della memoria Limiti della velocità di trasmissione Limiti della miniaturizzazione Limiti economici

5 Cenni sul calcolo parallelo (3) La soluzione a tali limiti è presentata dallutilizzo contemporaneo di più risorse di calcolo che può essere ottenuto: Utilizzando un computer singolo con più processori Utilizzando più computer collegati in rete Implementando una combinazione di computer multi-processore collegati in rete

6 Cenni sul calcolo parallelo (4) Il calcolo parallelo può quindi essere visto come unevoluzione del calcolo seriale (sequenziale) In generale, è luso simultaneo di più CPU per risolvere un unico problema computazionale Per girare su più CPU, un problema è diviso in parti discrete che possono essere risolte concorrentemente Ogni parte è a sua volta divisa in una serie di istruzioni Le istruzioni di ogni parte sono eseguite contemporaneamente su CPU diverse (una CPU può eseguire al massimo una operazione alla volta)

7 Dal calcolo sequenziale al calcolo parallelo IL CALCOLO SEQUENZIALE Risolve un problema tramite un algoritmo, le cui istruzione sono eseguite in sequenza Modello computazionale caratterizzato da un singolo processore ES: Supponiamo di dover effettuare la somma di 8 numeri. Per eseguire la somma abbiamo bisogni di 7 somme, oltre ad unassegnazione iniziale (somma=i[0]).

8 Dal calcolo sequenziale al calcolo parallelo IL CALCOLO PARALLELO Risolve lo stesso problema tramite un algoritmo le cui istruzioni sono eseguite in modo parallelo Modello computazionale che prevede processori multipli e relativi meccanismi di cooperazione Es: Supponiamo di dover effettuare la somma di 8 numeri con 4 CPU, ognuna delle quali effettua la somma di due variabili. In seguito 2 CPU effettuano la somma dei due risultati precedenti e 1 CPU somma alla fine i due risultati ottenuti. Bastano 3 passi invece dei 7 precedenti.

9

10

11 Perché il calcolo parallelo? Risolvere problemi che risultano computazionalmente troppo onerosi anche per i più veloci supercomputer contemporanei E possibile utilizzare il calcolo parallelo per risolvere: Un problema più grande nello stesso tempo (Scale-up) Lo stesso problema in minor tempo (Speed-up) Superare i vincoli di memoria Contenere i costi (N processori economici invece che 1 più costoso)

12 Limiti hardware e software Il calcolo parallelo necessita di strutture hardware in grado di effettuare la parallelizzazione ( servono più CPU) Il software che si utilizza deve essere in grado di effettuare la ripartizione delle operazioni da assegnare alle diverse cpu

13 Applicazioni e sviluppi Le principali applicazioni in cui tale tecnologia è risultata fondamentale sono i casi simulazione numerica di sistemi molto complessi, cioè Grand Challenge Problems: Modellazione del clima globale Simulazioni di reazioni chimiche e nucleari Studio del genoma umano Studio delle proprietà di materiali complessi Simulazione di attività geologica e sismica Progettazione di veicoli più efficienti e sicuri