Исследование проблем функционирования мультипроцессорных вычислительных структур и разработка математических средств поддержки массового динамического параллелизма

Современное состояние технологии микроэлектронного производства позволяет разместить десятки тысяч процессорных элементов на одном кристалле, и объявлены тенденции к устойчивому росту этого показателя на ближайшее десятилетие. При этом рост тактовой частоты остановлен и зафиксирован на оптимальном значении 2.2 ГГц. Освоение массового параллелизма становится основным инструментом обеспечения роста производительности вычислительных средств. Однако на пути реализации массового параллелизма вычислений существует целый ряд препятствий, требующих решения принципиальных проблем. В работе рассмотрен ряд примеров, иллюстрирующих эффект быстрой остановки роста производительности при наращивании значений параллелизма. Проведен анализ причин подавляющих рост производительности на начальных шагах роста параллелизма. Предлагаются меры по переносу точки насыщения роста в область более высоких значений числа процессорных элементов. Обсуждаются направления развития архитектуры и принципы организации вычислений, имеющие перспективу эффективной реализации массового динамического параллелизма. Проводится оценка прогнозов развития обменной среды в части совершенствования её алгоритмов и повышения пропускной способности. Делаются экспертные заключения о возможностях расширения диапазона эффективного параллелизма до значений в пределах сотен процессоров. Становится ясным, что поиск путей дальнейшего расширения диапазона эффективной реализации параллелизма является актуальным и направлен на анализ архитектурной идеи и освоение принципиально новых форм организации вычислений. В связи с этим излагаются основные идеи архитектуры самоопределяемых данных и даётся краткий очерк построения математического аппарата дискретной динамики как инструмента программирования процессов в архитектуре самоопределяемых данных.