異なるタイプの並列処理技術とは何ですか？
並列処理は、大規模な計算タスクを小さなサブタスクに分割して、順次ではなく同時または並列に処理するコンピューター処理の一種です。 この技術は、特に自然科学で扱われているような高度な問題のために、現代のコンピューティングで広く使用されています。 単一デバイス内の並列処理技術の例には、対称型マルチプロセッシングとマルチコアプロセッシングが含まれます。 複数のコンピューターをリンクして、分散コンピューティング、コンピュータークラスター、超並列コンピューターなどの方法で並列に動作させることもできます。
対称型マルチプロセッサは、単一の共通メインメモリとオペレーティングシステムインスタンスが複数の同一のプロセッサにリンクされているコンピュータです。 プロセッサは同じ機能を持ち、共通のメモリにリンクされているため、必要に応じてタスクを簡単に割り当てたり再割り当てしたりして、それらの間でワークロードのバランスを取ることができます。 マルチコア処理では、各プロセッサに少なくとも2つのコアと呼ばれる中央処理装置（CPU）が含まれており、命令の読み取りと実行を担当します。 基本的に、マルチコアプロセッサは、実際には単一の統合コンポーネント内の複数のプロセッサです。 これにより、各CPUが個別のコンポーネントであるマルチプロセッサコンピューターと比較して、プロセッシングコア間のより高速で効率的な通信が可能になります。
マルチプロセッサコンピュータは、科学およびビジネスアプリケーションで広く使用されています。 マルチプロセッサは消費者市場でより一般的になっていますが、通常はユニプロセッサ設計であるパーソナルコンピュータシステムではあまり一般的ではありません。 コンピューターソフトウェアは、マルチプロセッサコンピューターが提供する利点を最大限に活用するために特別に設計する必要があり、このタイプのソフトウェアは、多くの場合、シングルプロセッサーコンピューターでパフォーマンスの問題が発生します。 同様に、シングルプロセッサを念頭に置いて作成されたプログラムは、マルチプロセッシングを利用するように設計されていないため、通常、マルチプロセッシングの利点は限られています。
分散並列処理テクノロジーは、問題のさまざまな部分で並行して動作する複数の独立したコンピューターを使用し、インターネットまたは内部ネットワークを介して相互に通信できるようにリンクします。 このタイプの並列処理テクノロジーは、物理的に互いに離れているコンピューターで使用できますが、必ずしもそうであるとは限りません。 リンクされたコンピューターが一緒になって、いわゆる計算グリッドを形成します。
計算グリッドは非常に大きくなる可能性があり、世界中に広がる可能性のある何千ものコンピューターを組み込む可能性があります。 これらのコンピューターは、関連のない問題も同時に処理している可能性があり、その時点で各コンピューターが持つ処理能力に応じて、コンピューター間で分散されたグリッドによってタスクが処理されます。 グリッドコンピューティングは、他のほとんどの最新の並列コンピューティングとは異なります。1つのグリッドには、同一のユニットのグループではなく、さまざまな機能を持つさまざまなコンピューターの配列が含まれることが多いためです。
コンピュータークラスターは、通常は同一の機能を持つ複数のリンクされたコンピューターが単一のユニットとして密接に連携する並列処理技術の一種です。 共通のメモリとオペレーティングシステムを共有する複数のプロセッサを使用する対称型マルチプロセッシングとは異なり、クラスター内の各ユニットは完全なスタンドアロンコンピューターです。 これらは通常、同じ地理的場所にあり、ローカルエリアネットワークで接続されています。 一部のコンピューターは、コンピュータークラスターで使用するために特別に構築されていますが、もともと自律的に動作するように設計されたコンピューターをリンクすることによってクラスターを形成することもできます。
超並列コンピューターは、クラスターコンピューターといくつかの類似点があります。これは、複数のコンピューターも結合されているためです。ただし、はるかに大きく、通常は数百または数千のノードが含まれます。 また、コンピュータークラスターは、それを構成する個々のコンピューターをリンクする独自の特殊なコンポーネントを備えていますが、コンピュータークラスターは、通常は市販のコンポーネントと呼ばれる市販のハードウェアによって結合されています。 最も高度な超並列コンピューターは、数千平方フィートのスペースを埋める数万台の個々のコンピューターが含まれ、すべてが連携して動作する、本当に巨大なものになります。 天体物理学や地球規模の気候モデリングなどの分野で複雑な計算に使用される世界の先進的なスーパーコンピューターのほとんどは、このタイプのものです。