Техник, технологи хөгжихийн хэрээр инженерчлэлийн болон байгалийн шинжлэх ухааны томоохон туршилт судалгаа, түүний практик хэрэглээнд зориулж их хэмжээний өгөгдөл боловсруулах, тооцоолол хийх хэрэгцээ шаардлага бий болсоор байна. Ийм нүсэр тооцооллуудыг компьютерын тусламжтайгаар богино хугацаанд гүйцэтгэхийн тулд түүний тооцоолох арга алгоритмыг сайжруулахаас гадна техникийн хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх аргыг хэрэглэдэг. Сүүлийн жилүүдэд тооцооллын хугацааг богиносгох өөр нэг арга болох параллель тооцооллын арга ихээхэн хөгжиж байна. Параллель тооцоолол нь инженерчлэлийн ба байгалийн шинжлэх ухааны асуудлыг компьютерын параллель архитектурт тулгуурлан шийдвэрлэдэг тооцооллын салбар юм. Энэ нь доорх зурагт үзүүлснээр өгөгдлийг хоорондоо үл хамаарах хэсгүүдэд хувааж, хугацааны бага агшинд компьютерын олон процессоруудын тусламжтайгаар нэгэн зэрэг тооцоолох, боловсруулах, симуляци хийхэд ашиглагддаг. Параллель тооцооллыг 20-р зууны сүүлч, 21-р зууны эхэн үе хүртэл зөвхөн супер компьютерт хэрэгжүүлэх боломжтой байсан. Харин олон цөмт (core) компьютерууд хэрэглээнд нэвтэрч эхэлснээр хэрэглээний компьютеруудад хэрэгжүүлэх боломжтой болсон төдийгүй эрчимтэй хөгжиж эхэлсэн байдаг. Олон цөмт компьютерууд нь нэг CPU дээр олон core-ыг зэрэгцээ байдлаар ашиглах бөгөөд core бүрийг нэг процессор гэж үздэг. Өгөгдлүүдийг процессоруудын хүчин чадалд тохируулан хуваарилж, тооцоолсны эцэст үр дүнг нэгтгэдэг. Энгийн жишээгээр тайлбарлавал олон үйлчлүүлэгчтэй их дэлгүүрийн кассан дээр асар урт дараалал үүссэн байвал олон кассчин нэгэн зэрэг ажиллан богино хугацаанд үйлчилснээр цаг хугацааг хэмнэж байгаатай адилтгаж болох юм. 1955 онд IBM тэргүүлэх архитектуруудын нэг болох Gene Amdahl нь 5 kFLOPS хүчин чадалтай параллель архитектур бүхий 704 компьютерыг танилцуулсан байдаг. Энэ нь анхны параллель бүтэцтэй компьютер байсан бөгөөд батлан хамгаалахын салбарт ашиглах зориулалттай бүтээгдэж байжээ. Харин орчин үед ихэнх компьютерууд параллель архитектуртай болсон тул түүнд тулгуурласан тооцооллын салбар эрчимтэй хөгжиж байна. Параллель тооцооллыг эдийн засаг, шинжлэх ухаан, анагаах ухаан, геологи хайгуул, сансар судлал, цаг уур, өгөгдлийн уурхай, электроник, био-информатик, хиймэл оюун ухаан (AI), big data, веб хайлтын системүүд гэх мэт маш олон салбарт ашиглаж байна.
Параллель
тооцооллын аргаар их өгөгдлийг бага зардлаар хурдан хугацаанд тооцоолох нь эдийн
засаг болон цаг хугацааг хэмнэхэд ихээхэн давуу талтай юм. Параллель тооцооллыг
хэрэгжүүлэх боломжтой төхөөрөмжүүд:
- Олон
цөмтэй нэг компьютер (CPU)
- Олон
цөмтэй, мөн тусгай нэмэлт төхөөрөмж (GPUs, FPGA … ) агуулсан нэг компьютер
- Нэг
сүлжээнд зэрэгцээ хэлбэрээр олон компьютеруудыг
холбож үүсгэсэн кластер
-
Супер компьютерууд
- Мөн
эдгээрийг хослуулсан компьютерууд.
Орчин
үед эдгээрээс олон цөмтэй CPU-уудыг параллелиар холбож үүсгэсэн кластеруудыг
түгээмэл ашиглаж байна. Мөн тусгай нэмэлт төхөөрөмж болох GPU-г өргөн хүрээгээр
ашиглаж байна. Тооцоололд олон тооны
CPU-г параллелиар ашиглах нь үр дүн сайтай боловч зардал өндөртэй байдаг. Учир
нь CPU нь хүчин чадал сайтай цөөхөн тооны тооцоолох цөмүүдээс бүрдэх бөгөөд
параллель цөмийн тоог нэмэгдүүлэхийн тулд олон процессор нэмж кластерлаж холбох
шаардлагатай тул эдийн засгийн хувьд өртөг өндөр болдог. Харин нэмэлт
төхөөрөмж болох график процессор (GPU)
ашиглаж тооцоолол хийх нь эдийн засгийн хувьд өртөг багатай. График процессорын
тооцоолох цөмүүд хүчин чадал багатай боловч хэдэн зуун (мянган) жижиг тооцоолох
цөмүүдийг параллелиар ашиглах боломжтой юм. Одоогоор олон улсад C, C++,
Fortran, Java, Python программчлалын
хэлнүүдтэй хоршиж ажилладаг OpenMP, MPI, OpenCL, Cuda гэх мэт параллель
тооцооллын платформуудыг түгээмэл ашиглаж байна.
Мэдээ
бэлтгэсэн: Симуляци, тооцооллын салбар, ЭША - Б. Төмөрхуяг
Эх
сурвалж: https://en.wikipedia.org/wiki/Parallel_computing
https://computing.llnl.gov/tutorials/parallel_comp