MISD
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1. 개요
MISD(Multiple Instruction, Single Data)는 병렬 컴퓨팅 아키텍처의 한 유형으로, 여러 명령이 단일 데이터 스트림에 대해 실행되는 방식이다. 시스톨릭 배열 또는 웨이프론트 프로세서는 MISD 아키텍처의 예시로, H. T. 쿵과 찰스 E. 라이저슨에 의해 처음 설명되었다. 시스톨릭 배열은 하드 와이어로 연결된 마이크로프로세서 노드 네트워크를 통해 데이터를 처리하며, 컨볼루션, 상관 관계, 행렬 곱셈과 같은 특정 연산에 사용된다. 시스톨릭 배열은 병렬 성능에 대한 순차적 제한이 적용되지 않는 장점이 있지만, MISD 분류에 대한 논란이 있으며, SFMuDMeR(단일 기능, 다중 데이터, 병합된 결과)로 분류해야 할 수도 있다.
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| MISD | |
|---|---|
| 정의 | |
| 정의 | 다중 명령어 단일 데이터 (MISD)는 병렬 컴퓨팅의 한 유형으로, 여러 개의 처리 장치가 하나의 데이터 스트림에 대해 서로 다른 명령어를 동시에 실행하는 구조이다. |
| 설명 | |
| 설명 | MISD는 실제로 구현된 적이 거의 없는 병렬 컴퓨터 구조이다. 이는 MISD를 활용할 수 있는 애플리케이션이 제한적이기 때문이다. 오류에 대한 내결함성을 갖춘 몇몇 제어 시스템이 MISD로 구현되었다. |
| 예시 | |
| 벡터 덧셈 | n개의 숫자로 구성된 두 벡터의 합을 구하는 경우, 각 숫자를 개별 프로세서에 할당하고, 각 프로세서는 서로 다른 명령어를 사용하여 합계를 계산할 수 있다. |
| 우주 왕복선 컴퓨터 | 우주 왕복선 주 컴퓨터 시스템은 MISD 아키텍처의 예시이다. 이는 5개의 중복 컴퓨터를 사용하여 4개의 컴퓨터가 동일한 소프트웨어를 실행하고, 5번째 컴퓨터는 백업 소프트웨어를 실행한다. 모든 컴퓨터의 출력은 주 컴퓨터가 올바른 명령을 내릴 수 있도록 비교된다. |
| 플린의 분류학 | |
| 분류 | 플린의 분류학에서 MISD는 4가지 주요 컴퓨터 아키텍처 중 하나이다 (나머지 3가지는 SISD, SIMD, MIMD이다). |
| 장단점 | |
| 장점 | 내결함성이 높다. 다양한 알고리즘에 사용될 수 있다. |
| 단점 | 구현하기 어렵다. 비용이 많이 든다. 널리 사용되는 아키텍처가 아니다. |
2. 역사
(MISD의 역사에 대한 내용이 원본 소스에 없으므로, 내용을 작성할 수 없습니다.)
2. 1. 시스톨릭 배열의 등장
H. T. 쿵과 찰스 E. 라이저슨은 파이프라인 배열을 처음 제안했으며, '''MISD''' 아키텍처의 한 예시로 설명했다.[2][3][4][5]3. 시스톨릭 배열의 구조 및 작동 원리
파이프라인 배열은 여러 개의 프로세싱 엘리먼트(PE)가 배열 형태로 연결되어 데이터가 파이프라인처럼 흐르면서 연산이 수행되는 구조이다. 각 PE는 간단한 연산(곱셈, 덧셈 등)을 수행하고, 결과를 다음 PE로 전달한다. 이러한 데이터 흐름은 마치 심장의 맥박(systole)과 유사하여 '시스톨릭'이라는 이름이 붙여졌다.
파이프라인 배열은 대규모 병렬 컴퓨팅 통합, 컨볼루션, 상관 관계, 행렬 곱셈 또는 데이터 정렬과 같은 특정 연산에 주로 사용된다. "곱셈 및 누산"과 같은 연산을 위해 하드 와이어로 연결되는 경우가 많다. 기본 컴퓨팅 노드는 일반적으로 고정되고 동일하며, 상호 연결은 프로그래밍 가능하다.
파이프라인 배열의 중요한 장점은 모든 피연산자 데이터와 부분 결과가 프로세서 배열 내에 포함되어 있다는 것이다. 따라서 외부 버스, 주 메모리 또는 내부 캐시에 액세스할 필요가 없다. 데이터 종속성이 프로그래밍 가능한 노드 상호 연결에 의해 암시적으로 처리되므로 암달의 법칙에 의한 병렬 성능 제한이 적용되지 않는다.
3. 1. MISD 아키텍처
H. T. 쿵과 찰스 E. 라이저슨이 처음 설명한 파이프라인 배열은 플린의 분류에서 MISD(Multiple Instruction, Single Data)로 분류되기도 한다. 하지만 이러한 분류에는 논란의 여지가 있다. 입력 데이터가 일반적으로 독립적인 값의 벡터 형태이고, 각 마이크로프로세서 노드가 서로 다른 명령을 수행할 수 있기 때문에 엄밀한 의미의 MISD는 아니라는 의견도 있다.[2][3][4][5] 파이프라인 배열이 외부에서 원자적 연산으로 간주되는 경우, '''SFMuDMeR''', 즉 ''단일 기능, 다중 데이터, 병합된 결과''로 분류하는 것이 더 적절할 수 있다.4. 시스톨릭 배열의 장단점
시스톨릭 배열은 파이프라인 방식을 사용하며, 데이터와 부분 결과를 배열 내에 저장하여 외부 메모리 접근을 줄이고, 암달의 법칙에 따른 성능 제한을 받지 않는다는 장점이 있다. 이는 인공 지능, 이미지 처리 등 특정 분야에 적합하다.[2]
4. 1. 장점
파이프라인 배열의 중요한 장점은 모든 피연산자 데이터와 부분 결과가 프로세서 배열 내에 포함되어 있다는 것이다. 각 작업 중에는 표준 순차 머신처럼 외부 버스, 주 메모리, 또는 내부 캐시에 접근할 필요가 없다. 암달의 법칙에 의해 결정되는 병렬 성능에 대한 순차적 제한은 데이터 종속성이 프로그래밍 가능한 노드 상호 연결에 의해 암시적으로 처리되기 때문에 같은 방식으로 적용되지 않는다.[2] 따라서 파이프라인 배열은 인공 지능, 이미지 처리, 패턴 인식, 컴퓨터 비전 및 동물의 뇌가 매우 잘 수행하는 다른 작업에 매우 적합하다.5. 웨이프론트 프로세서
파이프라인 배열의 일반적인 형태인 웨이프론트 프로세서는 개별적으로 프로그래밍 가능한 노드를 사용한다.[2][3][4][5] 웨이프론트 프로세서는 하드웨어에서 자체 구성 신경망을 구현하여 머신 러닝에 적합하다.
6. 같이 보기
- 병렬 컴퓨팅
- 플린의 분류
- 데이터 흐름 아키텍처
참조
[1]
논문
The space shuttle primary computer system
1984-09
[2]
서적
Parallel Architectures
CRC Press
1996
[3]
서적
Parallel Programming in C with MPI and OpenMP
McGraw Hill
2004
[4]
간행물
"Parallel Processing, EG6370G: Chapter 1, Motivation and History."
St Mary's University, San Antonio, TX
2008
[5]
서적
The Essentials of Computer Organization and Architecture
https://archive.org/[...]
Jones and Bartlett
2006
[6]
서적
Parallel Programming in C with MPI and OpenMP
McGraw Hill
2004
[7]
간행물
"Parallel Processing, EG6370G: Chapter 1, Motivation and History."
St Mary's University, San Antonio, TX
2008
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