JPH04288659A - プロセッサアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理能力を増大させる
ために多数のプロセッサを接続させた、コンピュータシ
ステムなどに用いられるプロセッサアレイ（プロセッサ
が配列構成されたもの）に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータシステムの大きさ、すなわ
ちその処理能力を増大するためには、コンピュータシス
テムが処理する仕事をプロセッサに分担させるため、多
数のプロセッサを接続することになる。プロセッサの接
続方法としては、これらを２次元的に矩形に配置したり
、３次元の立体に配置して共通バスにて接続するシステ
ムが知られており、この場合プロセッサのアレイの行と
列の全部にわたってバスが延びている。このようなプロ
セッサアレイの典型的な応用例はデジタルオーディオに
おけるフィールドの処理であり、ここでは多数の個別の
チャンネルにおけるデジタルオーディオ信号を、ミキシ
ングその他の処理に先んじて同時にすばやく処理するこ
とが求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなプロセッサ
アレイの問題点は、システムの寸法が大きくなり、個別
プロセッサの数が増大するにつれて共通バスが長くなり
、これによって処理速度に逆効果がでることである。 これは、最も遠くに位置しているプロセッサまたは入出
力手段の間のバスの最大長においても交信が良好に行わ
れるようにシステムのクロックレートを充分に低く設定
しなければならないからである。

【０００４】もう一つの問題点は、例えば１６個（また
はそれ以上の）のプロセッサが共通バスによって接続さ
れていて、ひとつのプロセッサに対してひとつのクロッ
クサイクル内でのアクセスが限定されているとすると、
このバスにどこかで接続されている２個の他のプロセッ
サが同時に交信することは不可能になる。

【０００５】しかし共通バスによる相互交信システムに
おいては、プロセッサアレイの寸法が増大すると動作速
度が減少し、動作の柔軟性が減少する。

【０００６】

【問題を解決するための手段】本発明は、複数のプロセ
ッサモジュールを具えたプロセッサアレイであり、各モ
ジュールは第１の方向においてｎ本のバスによって接続
され、第２の方向においてｍ本のバスによって接続され
たｎｘｍ個のプロセッサを含み、クロックバッファが隣
接するモジュール間の境界に設けられ、各クロックによ
って制御されたバッファが、ひとつのモジュールにおけ
るバスの各１本を隣接のモジュールの対応するバスと接
続するように作用する。

【０００７】この発明の好適な実施例では、各モジュー
ルでは第１の方向に走っているバスの本数は第２の方向
に走っているバスの本数と等しく、好適にはｎ＝ｍ＝４
である。

【０００８】このように各モジュールは疑似自己充足型
（ｐｓｅｕｄｏ−ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）ユニ
ットとして作用し、クロックレートとアクセススピード
は比較的小さなモジュールに好適である高い値にするこ
とができる。モジュール間の交信はクロック制御された
バッファを介して行われるので、プロセッサモジュール
をさらに付加することによってプロセッサアレイを拡張
しても、モジュール内のバスの長さが固定されているの
で各モジュールの処理速度及び動作に何等影響を与えな
い。

【０００９】好適な実施例においてはクロック制御され
たバッファは双方向であり、プロセッサ間の境界を通じ
ての両方の方向の交信が可能となっている。双方向のバ
ッファとこれらのクロック制御によって、各バッファは
信号通過地点となり、ひとつの信号（デジタルワードで
１ビットからなる）がひとつの方向にバッファを介して
境界を通過すると同時にもうひとつの信号（もうひとつ
のデジタルワードの１ビットからなる）が反対方向に境
界を通過する。

【００１０】入出力のクロック制御されたバッファとい
うかたちの入出力手段をアレイの２つの向かい合うサイ
ドに設け、例えばモジュールの垂直に相互接続されたバ
スが入出力のクロック制御されたバッファのアレイの上
端と下端にて終端するようにしてもよい。

【００１１】２方向のうち一方向または両方向に延びる
バスは、効果的に円環状に接続されてもよく、異なった
モジュールからのプロセッサどうしが、ひとつのモジュ
ールの相互接続バスがもうひとつのモジュールの相互接
続バスと物理的な位置関係において交互に入れ重なった
状態にする。発明を実施したプロセッサアレイによって
、プロセッサの取付構成のモジュール化が可能になる。 プロセッサはプロセッサカードの上に取付てもよい。ま
た好適なバージョンとして、特定のバス（例えば垂直方
向などの）に接続された各モジュール内のプロセッサを
それぞれのプロセッサカードに取付け、各プロセッサモ
ジュールが１個を越えるプロセッサカードから成るよう
にする。各モジュールが１６個のプロセッサから成る場
合は、各プロセッサカードが（垂直に相互接続された）
４個のプロセッサからなり、これら４個のプロセッサカ
ードがモジュールをなしている。これらのプロセッサカ
ードは、これのバスの端部にクロック制御されたバッフ
ァを具えている。プロセッサカードと同様に、アレイも
バッファカードを含み、これの上に隣接するプロセッサ
モジュールを相互接続するためのクロック制御されたバ
ッファが設けられている。垂直方向に相互接続された４
個のプロセッサを登載した上述のプロセッサカードでは
、バッファカードは水平方向に隣接したプロセッサモジ
ュール間を接続することに用いてもよい。バッファカー
ドは入出力接続のために用いてもよい。

【００１２】

【作用】本発明の実施例には重要な利点がある。第１に
、上に概説したように、各モジュール内のバスは電気的
に短く保たれている上、モジュール間にクロック制御さ
れたバッファを用いているため、プロセッサアレイの動
作速度が高く保たれる。

【００１３】第２に、プロセッサアレイは容易に拡張可
能であり、アレイが大きくなっても各バスは長くはなら
ないため（したがって遅くもならないため）、処理速度
の後退をまねくことなく寸法を拡張することができる。

【００１４】第３に、プロセッサアレイは高い作動帯域
幅を有する。多数の水平と垂直のバスが広範囲にわたっ
て平行に設けられているので、単一バス系と比較して帯
域幅が広がっている。水平と垂直のバスを、ともに接続
可能な多数の独立した短いバスに分離することによって
、単一のバスのときよりも各アクセスタイムスロットの
中でより多くの伝達が可能になる。

【００１５】第４に、プロセッサアレイは実際的な方法
によって実施される。複雑な全体的な相互接続と比較し
て、標準的な食刻回路基板の技術を用いても高度に立体
化された形式のバス構成及び全体的に平行な構成が可能
になる。

【００１６】

【実施例】図１から図４を参照すると、１６個の単一プ
ロセッサＳＰからなる１６個のモジュール、すなわちア
レイ全体で２５６個のプロセッサを含む本発明の実施例
であるプロセッサのアレイを示している。

【００１７】これらのモジュールにはＡからＰの符号を
付け、左上端のモジュールはＡとし、右下端のモジュー
ルはＰとする。

【００１８】各モジュールのプロセッサは、４ｘ４のマ
トリクス状に配列され、各列のプロセッサＳＰは垂直バ
スＶＢ（モジュールＡについてのみ示す）によって、各
行のプロセッサＳＰは水平バスＨＢによって接続されて
いる。従って、各モジュールは４本の垂直バスＶＢと４
本の水平バスＨＢがそなわっていることになる。隣接す
るモジュールの境界（モジュールＡとＢに関してのみ参
照符号を付ける）には双方向計時バッファＲが設けられ
ていて、ひとつのモジュール（例えばＡ）からの各バス
を隣接するモジュール（例えばＢ）の対応するバスに接
続している。各双方向バッファＲは、図に示すように互
いに逆方向の計時バッファ要素から成っており、並列に
接続された１対の抵抗器のようになっている。図１から
図４は簡略化された図であり、プロセッサアレイのため
の入出力手段は示していない。

【００１９】図１ないし図４から明らかなように、各モ
ジュール内のプロセッサＳＰは垂直と水平のバスＶＢ、
ＨＢを介して相互に交信している。垂直と水平のバスＶ
Ｂ、ＨＢは、一定の間隔で同期してクロック信号の供給
を受けている。双方向バッファＲが同期してクロック信
号の供給を受けているために、モジュールの境界での双
方向の交信が実現するのみでなく、各バッファＲによっ
て、バッファの単一方向要素を介しての境界を越えての
信号の伝達を行う信号通過点として作用すると同時に、
逆方向のバッファの部品を介して逆方向に信号を伝達さ
せることも可能になっている。

【００２０】より大規模なプロセッサアレイが必要とさ
れるときは、各モジュール内の垂直と水平のバスＶＢ、
ＨＢの有効長さを増加させることなくさらにモジュール
を付加してもよい。こうすると、各モジュール内のバス
が電気的に短く保たれているので、プロセッサアレイの
動作速度を速くすることができる。また垂直と水平のバ
スＨＢ、ＶＢが効果的に分離するよう制御されているの
で、水平と垂直のバスが連続的にアレイの長さと幅全体
にわたって延びている場合と比較して、同時に多くの通
信をすることが可能になる。

【００２１】プロセッサアレイのモジュールは、図１か
ら図４に示すように物理的に分離している必要はなく、
水平バスが円環状に接続されている図５及び６の構成で
は、特別の利点がある。このように水平バスの円環状の
構成によってプロセッサと水平バスとが効果的に交互に
連なる構成となる。従って、図５及び６に示すように、
モジュールＡとＤとが重なり、モジュールＢとＣとが重
なり、その他のモジュールも同様の方法によって重なる
。電気的接続を調べることによって明かなように、重ね
られたモジュールは電気的に独立である。接続にあたっ
て円環状のモードを用いる理由は、水平バスによる相互
接続性が向上するからである。これは（図１から図４に
示すように）例えば、モジュールＡ、Ｂ、Ｃ及びＤが直
列に接続されているのみではなく、モジュールＤとＡと
が直接接続され、これによって円環状の接続モードが完
結しているからである。これによってモジュールＡとＤ
との交信性能が向上する効果がある（図１及び２におい
て、モジュールＢとＣを介して同期してクロック制御す
ることが必要である）。

【００２２】図５及び６に示すアレイは、アレイの上端
と下端にクロック制御された双方向の入出力バッファＲ
′により構成された入出力手段をそなえており、隣接す
るモジュールの垂直バスと接続されている。

【００２３】図５及び６の構造をいっそう明確に説明す
るために、図５及び６における左上隅部分の拡大図、す
なわち重なったモジュールＡとＤの拡大図である図７を
参照する。モジュールＡのプロセッサにはＡ１１からＡ
４４までの参照番号を付けてあり、モジュールＤのプロ
セッサには同様にＤ１１からＤ４４の参照番号を付けて
ある。プロセッサＡ１１からＡ４４は、水平バスＨＢＡ
１からＨＢＡ４及び垂直バスＶＢＡ１からＶＢＡ４によ
って相互接続されている。プロセッサＤ１からＤ４４は
、水平バスＨＢＤ１からＨＢＤ４及び垂直バスＶＢＤ１
からＶＢＤ４によって相互接続されている。図示するよ
うに、２個のモジュールＡとＤのプロセッサ間は相互接
続されておらず、図７における左側に設けられたバッフ
ァＲによってのみ接続されている。この実施例ではＶＢ
Ａ１からＶＢＡ４及びＶＢＤからＶＢＤ４の垂直バスに
各々接続されている入出力バッファＲ′を介して行われ
る。モジュールのプロセッサとバスラインは、電気的相
互接続の影響を与えることなく交互に重なっている。 図５及び６の残りのモジュールも同様に接続されている
。

【００２４】図８及び９は垂直と水平のバスが共に円環
状に構成されてなるプロセッサアレイをなす。これは図
５から図７に示す交互に重なりあった構造よりもさらに
複雑であり、４個のモジュールが交互に重なりあってい
る。ここにはモジュールのグループが４個ある。すなわ
ちＡ，Ｄ，Ｍ，Ｐ；Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏ；Ｅ，Ｈ，Ｉ，Ｌ及
びＦ，Ｇ，Ｊ，Ｋである。モジュール間の接続は、モジ
ュールのグループ間の境界及びアレイの縁の両方におい
てバッファＲによって行われている。図８及び９には示
していないが、入出力接続は例えばアレイの縁において
行うなど適切に変更されうる。

【００２５】図８及び９に示すアレイの利点は図５及び
６のそれと類似しており、アレイの縁におけるモジュー
ルが相互に交信するためにアレイの他のモジュールを介
して同期してクロック制御されることの必要性をなくす
ことによって、処理速度と柔軟性を高めたという点にあ
る。しかしながら、水平方向のみでなく垂直方向にも円
環状の交信が可能となるので、図８及び９においてはい
っそう有利となる。

【００２６】図１０は図５から図７のプロセッサアレイ
を実際的に実施したものの左上部の斜視図である。プロ
セッサは、特定の垂直バスに接続されている各モジュー
ル内のプロセッサがプロセッサカード上に設けられるよ
うにされている。従って、図示のような４ｘ４のモジュ
ール構成では、各プロセッサカードは４個の個別なプロ
セッサを持ち、各モジュールは４個のプロセッサカード
から成ることになる。図１０はＰＣＡ１，ＰＣＤ１，Ｐ
ＣＡ２，ＰＣＤ２，ＰＣＥ１，ＰＣＨ１，ＰＣＥ２，Ｐ
ＣＨ２の８個のプロセッサカードを示しており、例えば
カードＰＣＡ１は４個のプロセッサＡ１１からＡ４１の
個別なプロセッサと２個のバッファＲとを含んでいる。 入出力バッファはＲ′にて示しているが、実際はモジュ
ールを相互接続するバッファＲと同一でもよい。プロセ
ッサカードと同様、円環状接続モードのための縁におけ
るバッファ作用は、バッファカードＲＣＡＤ、ＲＣＥＨ
上に設けられたバッファＲによって実行される。プロセ
ッサ及びバスの指定は、図５及び６に示す隣接したモジ
ュールＥ及びＨに対してＥとＨが付加されていることを
除けば図７において用いられているものと類似している
。

【００２７】図１１は図１０と類似しているが、図５及
び６のプロセッサアレイの中央上端部の実際的な実施態
様を示している。参照番号の付加のしかたは図１０の場
合と同様であり、４個のバッファカードＲＣＡＤ′，Ｒ
ＣＢＣ′，ＲＣＥＨ′，ＲＣＦＧ′はプロセッサカード
の間に挿入されている。

【００２８】図１０及び１１の構成においては、各垂直
モジュールの境界には２個の直列のバッファがあること
に注意されたい。このことを考慮にいれて同期クロック
が設計されねばならない。

【００２９】図１０と１１のプロセッサカードとバッフ
ァカードは、本発明のきわめて効果的で有利な実施例を
示している。プロセッサカードのまさにひとつの設計に
よってすべての構成を表すことができる。またバッファ
カードの場合にもちょうどひとつの設計による。プロセ
ッサアレイの維持は不良カードを交換するだけでよいの
で大変簡単である。モジュールの電気的な配置が上述し
たものと同一であるので、本発明の上述した利点は保た
れる。特に処理速度の利点が保たれ、設計の柔軟性も保
たれるので、プロセッサアレイを拡張したいときはプロ
セッサとバッファカードを付加するだけでよい。

【００３０】本発明の実施例をプロセッサが４ｘ４に配
置されたモジュールに基づいて説明したが、各モジュー
ルにおけるプロセッサの数は必要に応じて変更してよい
。またモジュールの列の数は行の数と異なってもよく、
これによって正方形のモジュールではなく矩形のモジュ
ールとなってもよい。

【００３１】

【発明の効果】各モジュール内のバスは電気的に短く保
たれているだけでなく、モジュール間にクロック制御さ
れたバッファを用いているため、プロセッサアレイの動
作速度が高く保たれる。

【００３２】また、プロセッサアレイは容易に拡張可能
であり、アレイが大きくなっても各バスは長くはならな
いため（したがって遅くもならないため）、処理速度の
後退をまねくことなく寸法を拡張することができる。

【００３３】更に、プロセッサアレイは高い作動帯域幅
を有する。多数の水平と垂直のバスが広範囲にわたって
平行に設けられているので、単一バス系と比較して帯域
幅が広がっている。水平と垂直のバスを、ともに接続可
能な多数の独立した短いバスに分離することによって、
単一のバスのときよりも各アクセスタイムスロットの中
でより多くの伝達が可能になる。

【００３４】そのうえ、プロセッサアレイは実際的な方
法によって実施される。複雑な全体的な相互接続と比較
して、標準的な食刻回路基板の技術を用いても高度に立
体化された形式のバス構成及び全体的に平行な構成が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロセッサアレイの実施例の構成の一
部を示す概略図である。

【図２】本発明のプロセッサアレイの実施例の構成の一
部を示す概略図である。

【図３】本発明のプロセッサアレイの実施例の構成の一
部を示す概略図である。

【図４】本発明のプロセッサアレイの実施例の構成の一
部を示す概略図である。

【図５】クロック制御された入出力バッファが垂直バッ
ファに接続され、水平バスが円環状に構成された、本発
明のプロセッサアレイのもうひとつの実施例の交互に重
なった構成の一部を示す概略図である。

【図６】クロック制御された入出力バッファが垂直バッ
ファに接続され、水平バスが円環状に構成された、本発
明のプロセッサアレイのもうひとつの実施例の交互に重
なった構成の一部を示す概略図である。

【図７】２個のモジュールのプロセッサを交互に重ねあ
う方法を示した、図５及び６の部分の拡大図である。

【図８】垂直と水平の両方のバスを円環状に構成した、
本発明のプロセッサアレイの更に他の実施例の交互に重
ね合わせた構成の一部を示す図である。

【図９】垂直と水平の両方のバスを円環状に構成した、
本発明のプロセッサアレイの更に他の実施例の交互に重
ね合わせた構成の一部を示す図である。

【図１０】図５及び６に示すアレイの左上隅部分及びそ
の拡大図である図７に対応する、プロセッサとバッファ
のためのカードを用いた本発明の実際的な実施例の部分
を示した斜視図である。

【図１１】図１０と類似した斜視図であるが、図５及び
６に示すアレイの上端中央部に対応した斜視図である。

【符号の説明】

ＨＢ、ＶＢ　　バス ＳＰ　　プロセッサ Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ
、Ｎ、Ｏ、Ｐ　　モジュール Ｒ、Ｒ′バッファ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の方向にｎ本のバスによって相互
   接続されるとともに、第２の方向にｍ本のバスによって
   相互接続されたｎｘｍ個のプロセッサを含む複数のプロ
   セッサモジュールと、隣接する上記モジュール間の各境
   界に設けられ、１つのモジュールのバスのうちの各１本
   と、隣接するモジュールの対応するバスとを接続するク
   ロック制御されたバッファとを具えたプロセッサアレイ
   。