Avant de faire un bilan du calcul parallèle, jetons d’abord un coup d’œil au contexte des calculs d’un logiciel informatique et pourquoi il a échoué pour l’ère moderne.
Les logiciels informatiques ont été écrits de manière conventionnelle pour le calcul en série. Cela signifie que pour résoudre un problème, un algorithme divise le problème en instructions plus petites. Ces instructions discrètes sont ensuite exécutées sur l’unité centrale de traitement d’un ordinateur une par une. Ce n’est qu’une fois qu’une instruction est terminée que la suivante commence.
Un exemple concret serait des personnes faisant la queue pour acheter un billet de cinéma et il n’y a qu’un caissier.Le caissier donne le billet un par un aux personnes. La complexité de cette situation augmente lorsqu’il y a 2 files d’attente et un seul caissier.
Donc, en résumé, le calcul sériel est le suivant :
- Dans celui-ci, un énoncé de problème est décomposé en instructions discrètes.
- Puis les instructions sont exécutées une par une.
- Une seule instruction est exécutée à un moment donné.
Regardez le point 3. Cela causait un énorme problème dans l’industrie informatique car une seule instruction était exécutée à tout moment. C’était un énorme gaspillage de ressources matérielles car une seule partie du matériel fonctionnera pour une instruction particulière et de temps. Comme les énoncés de problèmes devenaient plus lourds et plus volumineux, le temps d’exécution de ces énoncés augmentait également. Des exemples de processeurs sont le Pentium 3 et le Pentium 4.
Maintenant, revenons à notre problème réel. Nous pourrions certainement dire que l’on va diminuer lorsqu’il y a 2 files d’attente et 2 caissiers donnant des billets à 2 personnes simultanément. C’est un exemple de calcul parallèle.
Calcul parallèle –
C’est l’utilisation de plusieurs éléments de traitement simultanément pour résoudre un problème quelconque. Les problèmes sont décomposés en instructions et sont résolus simultanément car chaque ressource qui a été appliquée pour travailler travaille en même temps.
Les avantages du calcul parallèle par rapport au calcul en série sont les suivants :
- Il permet d’économiser du temps et de l’argent car de nombreuses ressources travaillant ensemble réduiront le temps et diminueront les coûts potentiels.
- Il peut être peu pratique de résoudre des problèmes plus importants sur le calcul en série.
- Il peut tirer parti des ressources non locales lorsque les ressources locales sont limitées.
- Le calcul en série « gaspille » la puissance de calcul potentielle, donc le calcul parallèle fait un meilleur travail du matériel.
Types de parallélisme:
- Le parallélisme au niveau du bit : C’est la forme de calcul parallèle qui est basée sur l’augmentation de la taille du processeur. Il réduit le nombre d’instructions que le système doit exécuter afin de réaliser une tâche sur des données de grande taille.
Exemple : Considérons un scénario dans lequel un processeur de 8 bits doit calculer la somme de deux entiers de 16 bits. Il doit d’abord additionner les 8 bits de poids faible, puis ajouter les 8 bits de poids fort, ce qui nécessite deux instructions pour effectuer l’opération. Un processeur 16 bits peut effectuer l’opération avec une seule instruction. - Parallélisme au niveau des instructions : Un processeur ne peut adresser que moins d’une instruction pour chaque phase de cycle d’horloge. Ces instructions peuvent être réordonnées et regroupées qui sont par la suite exécutées simultanément sans affecter le résultat du programme. C’est ce qu’on appelle le parallélisme au niveau des instructions.
- Parallélisme des tâches : Le parallélisme des tâches emploie la décomposition d’une tâche en sous-tâches puis l’allocation de chacune des sous-tâches pour l’exécution. Les processeurs effectuent l’exécution des sous-tâches de manière concurrente.
Pourquoi le calcul parallèle ?
- L’ensemble du monde réel fonctionne de manière dynamique, c’est-à-dire que de nombreuses choses se produisent à un certain moment mais à différents endroits de manière concurrente. Ces données sont largement énormes à gérer.
- Les données du monde réel ont besoin d’une simulation et d’une modélisation plus dynamiques, et pour y parvenir, le calcul parallèle est la clé.
- Le calcul parallèle fournit la concurrence et permet d’économiser du temps et de l’argent.
- Des ensembles de données complexes et volumineux, et leur gestion ne peuvent être organisés que et seulement en utilisant l’approche du calcul parallèle.
- Assure l’utilisation efficace des ressources. Le matériel est garanti d’être utilisé efficacement alors que dans le calcul en série, seule une partie du matériel était utilisée et le reste rendu inactif.
- En outre, il n’est pas pratique de mettre en œuvre des systèmes en temps réel en utilisant le calcul en série.
Applications du calcul parallèle:
- Bases de données et Data mining.
- Simulation en temps réel de systèmes.
- Science et ingénierie.
- Graphie avancée, réalité augmentée et réalité virtuelle.
Limitations du calcul parallèle:
- Il aborde notamment la communication et la synchronisation entre plusieurs sous-tâches et processus, ce qui est difficile à réaliser.
- Les algorithmes doivent être gérés de telle sorte qu’ils puissent être traités dans le mécanisme parallèle.
- Les algorithmes ou le programme doivent avoir un couplage faible et une cohésion élevée. Mais il est difficile de créer de tels programmes.
- Plus de programmeurs experts et techniquement qualifiés peuvent bien coder un programme basé sur le parallélisme.
Avenir du calcul parallèle : Le graphique informatique a subi une grande transition du calcul en série au calcul parallèle. Le géant de la technologie tel qu’Intel a déjà fait un pas vers le calcul parallèle en employant des processeurs multicœurs. Le calcul parallèle va révolutionner la façon dont les ordinateurs fonctionnent à l’avenir, pour le meilleur. Alors que le monde entier se connecte les uns aux autres encore plus qu’avant, le calcul parallèle joue un meilleur rôle en nous aidant à rester dans cette voie. Avec des réseaux plus rapides, des systèmes distribués et des ordinateurs multiprocesseurs, il devient encore plus nécessaire.
Attention lecteur ! N’arrêtez pas d’apprendre maintenant. Mettez la main sur tous les concepts importants de la théorie CS pour les entretiens SDE avec le cours de théorie CS à un prix adapté aux étudiants et devenez prêt pour l’industrie.