Qua việc phân tích, giới thiệu về hệ xử lý song song đa CPU đa năng và hệ xử lý song song đa CPU chuyên dụng mục (1.4) và (1.5), tóm lại hệ xử lý song song đa CPU chuyên dụng có những điểm nổi bật sau:
Thực hiện một chức năng, một lớp bài toán. Vì vậy tổng hợp hệ tối giản về cấu trúc (đơn giản) nhưng tốc độ yêu cầu rất cao. Từ đó ta thấy các hệ xử lý song song đa CPU chuyên dụng được tổng hợp thiết kế phù hợp. Hệ xử lý song song đa CPU chuyên dụng có thuộc tính là khả năng phân rã chức năng (lớp bài toán) rất tốt thành các hệ chức năng con cho từng hệ đơn CPU. Trong đó phần lớn thời gian khi thực hiện chức năng hệ xử lý song song đa CPU chuyên dụng là xẩy ra ở các hệ đơn CPU, còn thời gian để trao đổi thông tin giữa chúng cũng như thời gian sử dụng tài nguyên chung là rất ít (5%) trong đó có không gian nhớ dùng chung (KGNDC). Đối với hệ xử lý song song đa CPU chuyên dụng, hiệu năng phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ truy cập vào các tài nguyên chung, nhưng quan trọng nhất là KGNDC vì
ở đây khả năng xung đột là cao nhất (vì tần suất sử dụng KGNDC cao hơn nhiều so với các tài nguyên khác như I/O port, thiết bị ngoại vi…). Một trong những nhiệm vụ của khâu tổng hợp hệ thống là giảm thiểu khả năng xung đột khi tham chiếu vào KGNDC của các đơn CPU là một nhiệm vụ quan trọng.
Bài toán ví dụ: Bài toán xử lý thông tin tình báo radar cấp 1 cho các hệ thống radar điều khiển hỏa lực. Yêu cầu đối với loại radar này khả năng giám sát nhiều mục tiêu trong thời gian thực.
Radar trong tổ hợp tên lửa S300, S400, S500
Tổ hợp tên lửa S-300 cũng có khả năng tiêu diệt các mục tiêu máy bay tàng hình, và được coi là một trong những hệ thống tên lửa phòng không rất mạnh với nhiều thông số vượt trội hơn hệ thống đối thủ của Mỹ là MIM-104 Patriot. Radar của nó có khả năng đồng thời theo dõi đến 100 mục tiêu và bám sát chặt 12 trong số đó. Ở các phiên bản S-300PMU1/2 trở về sau, khả năng của Radar được tăng cường, có thể theo dõi đến 300 mục tiêu và bám sát chặt 72 trong số đó. Radar tổ hợp tên lửa S-400 có thể theo dõi 100 mục tiêu ở phạm vi 400 – 600 km và khóa 36 mục tiêu. Tổ hợp tên lửa S-500 được sử dụng để đánh chặn tên lửa đạn đạo có tầm bắn xa gần 3.500 km ở cự ly tầm trung và tầm gần. Ngoài ra, S-500 còn có thể đồng thời bắn vào 10 mục tiêu khác nhau hoạt động ở tốc độ siêu thanh trong bán kính gần 600 km. Tên lửa S-300PMU1 đang là loại vũ khí tối tân kiểm soát bầu trời Việt Nam. Đài Radar giám sát mục tiêu và điều khiển tên lửa đa kênh - đa chức năng, sử dụng hệ thống ăngten mạng pha xung dopler hiện đại có khả năng phát hiện được các loại mục tiêu “tàng hình” (diện tích phản xạ hiệu dụng tới 0,02m2), khả năng chống nhiễu tốt với tất cả các dạng nhiễu tiêu cực và nhiễu tích cực. Màn hình hiển
thị tham số về tốc độ di chuyển, hướng đi của mục tiêu; về tình trạng sẵn sàng bắn
hỏa lực của hệ thống vũ khí khí tài,...
Cùng một lúc, S-300PMU1 có khả năng bám sát và tiêu diệt sáu mục tiêu, điều khiển đến 12 tên lửa và quản lý tới 100 mục tiêu. S-300PMU1 có khả năng bắn hạ mục tiêu ở độ cao lên đến 27.000m và thậm chí ở độ cao chỉ 10m. Ngay cả những mục tiêu vận tốc lên đến 10.000km/giờ cũng dễ dàng bị hỏa lực của S- 300MPU1 tiêu diệt.
Tên lửa S-300: Cự ly phát hiện là 300 km, diệt mục tiêu cự ly gần là 5 km, cự ly xa là 150 km, độ cao 27.000 m và thấp nhất là 10m, tốc độ 10.000km/h.
Trong ba bài toán xử lý thông tin tình báo radar: (i) bài toán cự ly, phương vị; (ii) vẽ quỹ đạo mục tiêu; (iii) hợp nhất quỹ đạo. Bài toán số một đóng vai trò quan trọng nhất vì yêu cầu xử lý tốc độ cao.
Các phương tiện bay: (i) ở các cự ly khác nhau (ii) tốc độ cũng rất khác nhau. Các thông số cần giám sát cho một đối tương bay: (i) cự ly (ii) phương vị và (iii) độ cao, khi kiểm soát được các thông số này thì mới có thể vẽ được quỹ đạo bay. Từ đó mới có thể đưa ra các quyết định khác (tiêu diệt, không tiêu diệt…).
Sơ đồ mô tả chức năng hệ:
Cho hệ quan sát mục tiêu bằng phương pháp bức xạ xung kích phát trên anten quay vòng tần số 375 Hz. Tín hiệu thu về là các xung phản xạ từ mục tiêu. Trong chu kỳ lặp lại của xung kích phát được chia thành 1024 khoảng thời gian bằng nhau tương ứng với số lượng vành khăn cự ly (hình 1.13). Cự ly cực đại ứng với vành khăn N1024 là 307200 m. Khi cánh sóng anten quét qua mục tiêu có thể thu được vài chục xung phản xạ. Nếu trong 5 lần thu mà có từ 3 xung phản xạ thì khẳng định mục tiêu đã xuất hiện. Tiếp theo nếu trong 5 lần thu mà có từ 3 lần trở nên không có xung phản xạ thì khẳng định cánh sóng đã đi qua mục tiêu. Mỗi lần phát hiện được mục tiêu phải cung cấp cho trung tâm xử lý về cự ly và phương vị trung bình của mục tiêu, đĩa đo phương vị (cho 360 độ) phải chia thành 4096 phần bằng nhau Như vậy 3 thông số cự ly, phương vị và độ cao được tổng hợp tính toán xử lý song song đồng thời. Như vậy hệ thống có từ hai hệ đơn CPU trở nên: phát động
t t Vành khăn cự ly ngoài cùng N1024 Vành khăn cự ly N1023 Vành khăn cự ly N1 Xung kích phát tần số 375 Hz Xung phản xạ từ mục tiêu trên các cự ly khác nhau
Chu kỳ lặp lại của xung U
tham chiếu vào KGNDC (ghi thông tin tọa độ mục tiêu...) có thể xẩy ra xung đột. Vì vậy cần có giải pháp phù hợp cho khu vực KGNDC này.
Các nhà khoa học trong nước và thế giới đã công bố một số công trình nghiên cứu về hệ xử lý song song đa CPU và còn có các công trình cũng chỉ rõ tính cấp thiết cần phải xử lý song song, các công trình như sau:
- Tình hình nghiên cứu trong nước: Khái niệm về hệ xử lý song song mới xuất hiện trong thời gian gần đây nhưng đã thu hút mạnh mẽ nghiên cứu của các nhà khoa học và nghiên cứu sinh. Có một vài đề tài liên quan đến hệ xử lý song song đa năng, ví dụ như Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội có đề tài “ Đánh giá hiệu năng mạng máy tính và chất lượng dịch vụ” của tác giả GS.TS. Nguyễn Thúc Hải. Tuy nhiên đề tài này chủ yếu nghiên cứu về mặt toán học, lĩnh vực công nghệ thông tin máy tính, chưa đề cập vấn đề điều khiển luồng trong KGNDC. Công trình nghiên cứu “ Xử lý bài toán cấp 1 cho thông tin tình báo Ra đa”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Quốc Phòng, tác giả Nguyễn Văn Liên (2010-2012). Trong đó đề tài này chỉ rõ cần phải xử lý đồng thời cả tham số cự ly, phương vị và độ cao cho 1024 vành khăn cự ly. Nhưng đề tài cũng chưa đề cập đến KGNDC.
- Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Công trình nghiên cứu điển hình có 3 tác giả nghiên cứu từ năm 2000 đến nay vẫn tiếp tục nghiên cứu về hệ xử lý song song. - Công trình nghiên cứu công bố năm 2000 [7], Baghdadi A., Zergainoh N. E. Đưa ra thiết kế phần cứng và phần mềm của hệ đa xử lý.
- Trong nghiên cứu công bố gần đây năm 2004 [15], Chou Y., Fahs B., AND Abraham S. Đưa ra phương pháp tối ưu hóa bộ nhớ cho hệ xử lý song song. Cũng trong năm 2004 có công trình của tác giả: Ken Mai, Ron Ho, Elad Alon, Dean Liu, Dinesh Patil, Mark Horowitz [41].
Tuy nhiên các đề tài này đều ứng dụng cho hệ thống lớn đa CPU đa năng, các siêu máy tính. Do vậy các đề tài này nghiên cứu không hạn chế về số lượng CPU có thể hàng nghìn CPU. Vì vậy mà nhiều tham số ràng buộc chặt chưa được chỉ rõ, việc vẽ đồ thị khảo sát trong miền rất rộng gặp nhiều khó khăn. Còn hệ xử lý song song đa CPU chuyên dụng, số lượng CPU không quá nhiều, phân rã chức năng tốt. Một
trong những giải pháp là sử dụng bộ đệm FIFO vào/ra của KGNDC và đưa cấu trúc này vào mô hình toán học. Như vậy nhiệm vụ của luận án là xây dựng mô hình toán học cho phép tổng hợp lại thông số cấu trúc của KGNDC để tính toán được hiệu năng của hệ thống đồng thời làm xuất hiện các thông số điều khiển được, cho phép tạo ra cơ cấu điều khiển thích nghi cho nhiệm vụ nâng cao hiệu năng của hệ thống, đồng thời nâng cao độ tin cậy của hệ thống.