5つのPIMの概要



並列推論マシンPIM (Parallel Inference Machine)は第五世代コンピュータ・ プロジェクトの中で研究開発の行なわれた、並列計算機である。PIMにはその アーキテクチャによって、モデル p、モデル m、モデル c、モデル k、モデル i の5種類があった。

以下では、この5種類のPIMについて、その特徴を簡単に説明する。




PIM/p

PIM/p は、アーキテクチャ及びソフトウェアの研究開発を目的として開発され たものである。5つの PIM の中で最も規模が大きく、最大 512台の要素プロセッ サを接続できる。

PIM/p はマルチクラスタ構成である。8台の要素プロセッサと共有メモリが共 有バスで結合してひとつのクラスタを構成する。クラスタ内のプロセッサ間通 信は無効化型の並列キャッシュにより行なわれる。クラスタ間のネットワーク はハイパーキューブ構造であり、最大 64クラスタを接続できる。

要素プロセッサは RISC 型である。「マクロコール」と呼ばれる機能を持ち、 低いコストでのサブルーチン呼び出しが可能である。


PIM/m

PIM/m は、ソフトウェアの研究開発を目的として開発されたものである。 Multi-PSI との間にオブジェクトコードレベルの互換性を備えている。

プロセッサ間のネットワークは 2次元メッシュ構造であり、最大 256台の要素 プロセッサを接続できる。

要素プロセッサは CISC 型である。マイクロプログラム制御により実現した。


PIM/c

PIM/c は、アーキテクチャの研究と一部のソフトウェア開発を目的として開発 されたものである。最大 256台の要素プロセッサを接続できる。

PIM/c はマルチクラスタ構成である。8台の要素プロセッサと共有メモリが共 有バスで結合してひとつのクラスタを構成する。クラスタ内のプロセッサ間通 信は無効化型の並列キャッシュにより行なわれる。クラスタ間のネットワーク はクロスバー構造であり、最大 32クラスタを接続できる。

要素プロセッサは CISC 型である。マイクロプログラム制御により実現した。


PIM/k

PIM/k は、クラスタ内アーキテクチャの研究を目的として開発されたものであ る。階層構造を持つキャッシュにより16台の要素プロセッサが接続する。

4台の要素プロセッサとセカンドキャッシュが共有バスで結合してひとつのミ ニクラスタを構成する。そして 4つのミニクラスタと共有メモリが共有バスで 結合して全体を構成する。プロセッサ間の通信は無効化型の並列キャッシュに より行なわれる。

要素プロセッサは RISC 型である。


PIM/i

PIM/i は、クラスタ内アーキテクチャの研究を目的として開発されたものであ る。最大 16台の要素プロセッサを接続できる。

8台の要素プロセッサと共有メモリが共有バスで結合してひとつのクラスタを 構成する。クラスタ内のプロセッサ間通信は放送型の並列キャッシュにより行 なわれる。

要素プロセッサは LIW 型である。



各 PIM の構造や仕様を以下の表に示す。
(a) Global Configuration
Topology # of Clusters Total # of PEs Memory Size / Cluster
PIM/p hypercube × 2 64 512 256 MB
PIM/m mesh 256 256 80 MB
PIM/c crossbar 32 256 160 MB
PIM/k -- 1 (four mini clusters) 16 1 GB
PIM/i -- 2 16 320 MB

(b) Processing Element (PE)
Instruction set Cycle time LSI fabrication Line interval
PIM/p RISC + macro inst. 60 nsec (design spec.) standard-cell 0.96 micron
PIM/m CISC (micro programmable) 65 nsec standard-cell 0.8 micron
PIM/c CISC (micro programmable) 50 nsec (design spec.) gate-arrays 0.8 micron
PIM/k RISC 100 nsec custom 1.2 micron
PIM/i RISC 100 nsec (design spec.) standard-cell 1.2 micron

(c) Network
# of PEs in a cluster # of NIs in a cluster Transfer Rate per channel
PIM/p 8 8 33 MB / sec × 2 (design spec.)
PIM/m 1 1 8 MB / sec
PIM/c 8 1 40 MB / sec (design spec.)
PIM/k 16 -- --
PIM/i 8 1 --
(NI = network interface. )
(d) Cache System
coherence control Mapping Cache Size
Protocol # of States Instruction Data
PIM/p invalidation 4 4 way 64 KB
PIM/m -- -- direct 5 KB 20 KB
PIM/c invalidation 5 2 way 80 KB
PIM/k hierarchical 4 (1st) direct 128 KB 256 KB
invalidation (2nd) 4 way 1 MB 4 MB
PIM/i broadcasting 6 direct 160 KB 160 KB