Главная / Разработки / Аппаратно-программный комплекс для построения информационно-управляющих систем

Аппаратно-программный комплекс для построения информационно-управляющих систем

В течение ряда лет в ОАО «НИЦЭВТ» за счёт собственных средств ведутся работы по созданию технических средств и программного обеспечения аппаратно-программного комплекса для построения малогабаритных однопроцессорных и распределенных многопроцессорных информационно-управляющих систем стационарного и бортового применений. Идеальный тандем, специальное программное обеспечение и аппаратное обеспечение, дают прирост в производительности математических расчетов моделирования многофакторных ситуаций, а также молниеносного вырабатывания решения. Наиболее важными направлениями деятельности в этой области являются:

разработка малогабаритных вычислительных платформ на основе СБИС типа «система на кристалле» с архитектурой Intel x86 в форм-факторах PCI/104 и EPIC;
создание высокоточных модулей аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования в форм-факторе PC/104 на основе сигма-дельта АЦП, отработка методик калибровки и программной коррекции температурного дрейфа (высокие эксплуатационные характеристики подтверждены испытаниями);
разработка оригинальной коммуникационной сети типа «многомерный тор». В настоящее время созданы макетные образцы на основе FPGA, по основным характеристикам (коммуникационной задержке и пропускной способности) существенно превышающие существующие разновидности Ethernet и сопоставимые с полузаказными и заказными зарубежными коммуникационными сетями, предназначенными для создания вычислительных кластеров и суперкомпьютеров. Такая реализация на основе аппаратного обеспечения даст возможность развиться не только вычислительным комплексам, но и телекоммуникациям.

В процессе выполнения перечисленных работ были определены:

направления совершенствования разработанных изделий;
возможности для их объединения в единый аппаратно-программный комплекс для построения однопроцессорных и распределенных многопроцессорных информационно-управляющих систем стационарного и бортового применений.

Создание указанного комплекса из модулей, выполненных в едином конструктиве PCI/104 Express, в ближайшей перспективе позволит получить изделие с качественно новыми характеристиками.

Данный комплекс будет включать три основных типа модулей:

вычислительные, на основе современных высокопроизводительных многоядерных процессоров с архитектурой Intel x86, тактовой частотой от 1.6 ГГц, чипсетов с поддержкой PCI-Express и оперативной памятью до 4 ГБайт;
аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, помимо собственно микросхем АЦП (конвейерные, 14-16 разрядов, от 100 мегавыборок в секунду) и ЦАП, включающие ПЛИС, реализующую синхронный от нескольких каналов непрерывный режим ввода, буферизации и прямой записи/считывания в память вычислительного модуля данных, полученных в результате преобразования с пропускной способностью на уровне нескольких сотен мегабайт в секунду;
маршрутизации, выполняющего функцию высокоскоростного адаптера связи сети «многомерный тор» по проводным (дифференциальные двунаправленные линии связи) и оптоволоконным каналам с пропускной способностью до 10 Гбайт/сек. и коммуникационной задержкой 1-3 мкс.

Важными преимуществами предлагаемого проекта являются:

а) компактность. Все модули системы предполагается разрабатывать и изготавливать в форм-факторе PCI/104 Express (90 х 95 мм), что позволяет приблизить элементы распределённой вычислительной системы к датчикам или объектам управления;

б) прямая запись результатов измерений в память в режиме прямого доступа через PCI-Express, что позволит создавать системы, которые в режиме реального времени осуществляют непрерывный ввод по нескольким синхронным каналам, оцифровку с частотой дискретизации до нескольких сотен мегагерц и разрешением 14-16 бит и обработку информации;
в) аппаратная температурная коррекция результатов измерений. Реализация функции температурной коррекции в аппаратуре позволит прикладной программе обрабатывать уже откорректированные данные, записанные в память вычислительной машины в режиме прямого доступа через PCI-Express и позволит улучшить характеристики систем, работающих в режиме реального времени;
г) Возможность использования разработанной в ОАО «НИЦЭВТ» высокоскоростной сети распределённой обработки данных с реализацией технологии глобальной распределённой общей памяти на основе собственной библиотеки SHMEM, что позволит поднять реальную производительность при решении вычислительно ёмких сильносвязанных задач в 10-100 раз по сравнению с решениями на основе MPI и коммерчески доступных сетей (Gigabit Ethernet, Infiniband и пр.). Кроме того, реализация многих прикладных задач на распределённой сети обработки данных позволит повысить надёжность систем на их основе. Такие разработки перераспределение нагрузки на аппаратное обеспечение дают огромное преимущество и надежность вычислительным системам.

Таким образом, на основе модулей перечисленных типов появится возможность строить узлы, в состав которых входят вычислительный модуль, адаптер коммуникационной сети и один или несколько модулей аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. Объединяя узлы с однотипной или разнотипной конфигурацией, можно создавать распределённые вычислительные системы, основанные на прогрессивном аппаратном обеспечении. При этом, расстояние между узлами, объединёнными по оптоволоконным линиям связи, может составлять до 300 метров.

По каждому из трёх направлений в ОАО «НИЦЭВТ» наработан задел, включающий действующие образцы процессорных плат, модулей АЦП и коммуникационной сети, существенный объём системного программного обеспечения. Всё это позволяет создать опытные образцы комплекса в течение 2009 года. В текущем году аппаратное обеспечение уже применяется в закрытых государственных проектах, в коммерческих решениях, а также отражается в общественных технологиях.

Если Вашу организацию заинтересовала возможность применения комплекса в своих разработках, прошу направить в адрес ОАО «НИЦЭВТ» соответствующие предложения по его применению или необходимости его совершенствования.