JPS61103269A - 複数プロセツサシステムの縮退動作方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のプロセッサをネットワーク状に相互接
続して並列動作させる複数プロセッサシステムの縮退動
作方式に関する。

〔従来の技術〕

多数の処理装置（プロセッサ）を並べ、並列動作させる
ことで演算速度を高める方式は従来から種々提案されて
いる。このような方式においては、各プロセッサが完全
に他と独立に動作することを条件とすると、通用し得る
範囲が極めて限定されたものとなる。従って、異なるプ
ロセッサ間を何らかの形で結合して情報を交換すること
は不可欠と言ってよい。

これまで考えられている基本的な結合形態には大きく分
けて３つの方式がある。それらは、■すべてのプロセッ
サに共通なバスを持つ方式、■ネットワーク状にする、
即ち多数のプロセッサを配置し、各プロセッサが隣接す
るプロセッサとそれぞれ直接にデータ転送する通信パス
を持つ方式、■クロスバ・スイッチに代表されるような
スイッチング網を備え、柔軟な即ち接離自在な相互結合
を実現する方式、の３つである。実際にはこれらを組み
合わせたり、種々の変形・改良を施した方式が多数提案
されている。本発明は上記■のように、隣接するプロセ
ッサユニット間に直接の通信バスを持つ複数プロセッサ
システムを対象とする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

多数のプロセッサを並列に動作させるシステムにおいて
は、その中の１台が何らかの原因によって故障し、動作
しなくなるといった事態が考えられる。前述の■の方式
では、バスアクセスの集中を回避するという制約からプ
ロセッサの数が例えば１０台程度と少ないので故障発生
が稀である上、故障したプロセンサはバスから切り離す
だけでよいからその対策が比較的簡単であるが、■の方
式においては、例えば８×８の格子状配列としても６４
台になるという様にプロセッサの数が多いので故障の起
こる可能性が非常に大きくなる上、故障プロセッサを切
り離す（動作停止させる）とプロセッサ相互間の通信パ
スが故障プロセッサの所で遮断されるという問題がある
。■のような方式（、〜１′１′はプ°ゞ・すの位相幾
何学的な結合形態が重要な意味を持つ場合が多いので、
１台の故障が全体の動作に及ぼす影響は大きい。

本発明は、かかるシステムにおいて、１台あるいは複数
台のプロセッサが故障した場合でも、通信パスを速やか
に切り換えて隣接プロセッサによる負荷分担で処理を代
行させることにより、幾何学的な結合形態を擬似的に保
ち、全体の性能低下を最小限に抑えようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、多数のプロセッサを相互結合して並列処理す
るシステムの縮退動作方式において、各プロセッサ内に
故障検出回路と、バイパス用のデータ転送路と、隣接プ
ロセッサに故障状態を知らせる信号線とを設け、或るプ
ロセッサが故障した場合には該故障プロセッサを切り離
しかつ前記データ転送路でバイパスし、該故障プロセッ
サに割当てられた処理は該故障プロセフすの予め定めた
隣接プロセッサに代行させることを特徴とするものであ
る。

（（’１−ＪＴＩ）　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　、ネットワーク状に複数のプロセッサを接
続して並列処理するシステムで、単位プロセッサ（マル
チプロセッサシステムを構成する各プロセッサ：以下Ｐ
Ｅと呼ぶ）のあるものが故障を起こした場合、本発明方
式では二つの段階を経て機能低下を最小限に抑える縮退
動作モードに切り換える。その一つは、故障したことを
検出して自ら通信パスを切り換える操作段階であり、他
の一つは故障ＰＥに直接結合された隣接ＰＥが故障ＰＥ
からの故障検出信号を受は取り、その後は故［ＰＥの行
なうべき処理を代行する段階である。

第１図に、故障ＰＥが通信パスの切り換えを実現する原
理を示す。ａは１台のＰＥ、ｂ、ｃはそれぞれＰＥａに
隣接するＰＥで、通常動作においては複数ビットの幅を
持った通信パスｄによって相互に結合される。ｅは該バ
スに介在した双方向データトランシーバである。以上の
ａ、ｄ、ｅで示しである部分がＰＥの基本的な結合形態
である。

ここで、ＰＥａが故障を起こした場合、そこに付設され
た故障検出回路ｆからバス切換信号ｇが出力される。故
障検出回路ｆは、例えば第２図に示すように、プロセッ
サのステータスを常に監視し・故障状態が現われた場合
にその固有パターンをデコーダｈでデコードしてＨＡＬ
Ｔ信号を得、これをフリップフロップＦＦでラッチして
バス切換信号ｇを得る構成である。プロセッサは自己の
内部状態を示す各種ステータス信号を上げているが、そ
の各種ステータス信号のある組合せがデータ処理動作を
停止すべき故障の発生を示す。デコーダｈは入力信号が
この組合せになったとき（図のように３人力なら１０１
などになったとき）ホルト信号ＨＡＬＴをＬ（ロー）レ
ベルにする。これはインバータ■で反転されてＨ（ハイ
）レベル信号になり、フリップフロップＦＦに入力する
。このフリップフロップのデータ入力端子りには→−■
なるＨレベル信号が入力されており、該ＦＦに対するク
ロック入力となる上記インバータ■の出力信号がＬから
Ｈに立上るときＨレベルデータが取込まれてＱ出力つま
りバス切換信号ｇがＨレベルになる。このフリップフロ
ップは故障プロセッサが回復したとき該プロセッサから
ＣＬＲ信号が与えられ、故障状態（ｇ＝１）から正常状
態（ｇ＝ｏ）′に復帰する。

トランスミッタｍの反転端子によりＬレベルにされたバ
ス切換信号ｇによってデータトランシーバｅは無効とな
り、通常の通信バスｄは切り離される。逆にバス切換信
号ｇがＨレベルのま一加わるデータトランシーバｊが有
効となり、故障時中継バスｋによってＰＥｂとＰＥｃの
間が結合される。

以上が第１段階であり、次に第２段階に移る。

つまり、ＰＥａの故障を示すバス切換信号ｇは、故障報
知信号線ｉを通して左隣接ＰＥｂに隣接ＰＥ故障ビット
ｌとして伝えられるので、ＰＥｂはＰＥａの故障を知る
ことができる。この場合ＰＥｂは、ＰＥｃからＰＥａに
対して送られるべきデータや、ＰＥｂからＰＥａに対し
て送られるべきデータや、制御信号用共通バスｍからＰ
Ｅａに対して送られるべきデータを、ＰＥａに代って受
は取１、、ｌ　　　　　　リ、その処理を代行する。

以上は単位プロセッサＰＥを一次元に並べた場合の処理
であるが、単位プロセッサの結合を二次元格子状とした
場合の実施例を以下に説明する。

〔実施例〕

第３図は単位プロセッサＰＥを２次元に配置した場合の
概略ブロック図で、ｎは故障ＰＥ、ｏは故ｔＦｔＰＥｎ
の左隣接ＰＥ、ｐは上隣接ＰＥ、ｒは右隣接Ｐ　Ｅ　Ｓ
ｓは下隣接ＰＥである。ＰＥｎは故障前は点線で示す通
信パスで上下左右の単位プロセッサｐ、ｓ、ｏ、ｒと接
続しているが故障するとこの通信パスは遮断され、第１
図で説明したと同様にして横方向には故障時中継パスｋ
が、また縦方向にも故障時中継パスｔが形成される。こ
の場合は、横方向の通信パスに関しては左隣りのＰＥｏ
が、また縦方向の通信パスに関しては上隣りのＰＥｐが
それぞれＰＥｎの処理を代行するように予め定めておく
。処理内容は第１図で説明したと同様であるが、画像処
理を例にして更に詳しく述べると次の様になる。ＰＥｎ
、ＰＥｏ、ＰＥｒ。

Ｐ　Ｅ　ｐ　、　　Ｐ　Ｅ　ｓ　、　−−・−は全て、
ハードおよびソフ　　　　　　　１ト面において同様の
構成であり、画面を格子状に区切ったその１区分の処理
を分担する。画面に斜線を引く場合を考えると、この場
合は各ＰＥに該斜線の始゛終点データが与えられる。各
ＰＥは該斜線の各点を計算し、その各点の中に自己の処
理区分のものがあると、その点の画面メモリへの書込み
処理を行なう。正常時はか−る処理を各ＰＥが一斉に行
なう（並列動作する）が、故障時は故障ＰＥｎの処理を
予め指定された単位プロセッサＰＥｏまたはＰＥｐが行
なう。これは上記の例では自己の処理範囲の変更である
。データ処理には自己のデータで処理可能なものの他に
、隣接プロセッサからデータを受取りそれを用いて処理
するものもある。このような場合は故障時中継パスを利
用して隣々接ＰＥからデータを受取って処理する、例え
ばＰＥｓからＰＥｎへのデータをバスｔによりＰＥｐが
受取って処理をし、またＰＥｒからＰＥｎへのデータを
バスｋによりＰＥｏが受取って処理する。図中、ＰＥｐ
とＰＥｏに斜線を付した部分が処理代行を示している。

但し、本例では上下方向に送られるデータと左右方向に
送られるデータが独立でない場合、具体的には上から送
られてきたデータと左から送られてきたデータを加算す
るとか、上から送られてきたデータを右に伝えるなどの
動作は代行できない。

第４図はこの点を考慮した本発明の他の実施例である。

本例では故障Ｐ　Ｅ　ｎの左上に配置されたＰＥＱをブ
タ中１１！器として用いる。すなわち、通常時にＰＥｎ
が左右方向に伝わるデータをもとに行なう処理を、故障
時に左のＰＥｏが代行するだけでなく、ＰＥｏがＰＥ（
１を通じて上のＰＥｐにデータを与えてやることによっ
てＰＥｐにも行なわせる。Ｕのこのための通信パスであ
る。同様に、通常時にＰＥｎが上下方向に伝わるデータ
をもとに行なう処理を、故障時に上のＰＥｐが代行する
だけでなく、ＰＥｐがＰＥｑを通じて左のＰＥ。

にデータを与えてやることによってｐ　Ｅ　ｏ　＆ｙも
行なわせる。結局、どのような処理に関してもＰＥ。

とＰＥｐとで重複して処理を代行することになるが、こ
のような方式をとることによって、ＰＥｎが故障した場
合でもすべての処理を代行することができる。しかも、
このためにＰＥｏとＰＥｐとの中継を行なうＰＥｑでは
特別なハードウェアの付加は必要とせず、プロセッサに
よる読み書きだけでデータ中継を実現させることができ
る。

簡単な代行例を第５図（ホ）〜（チ）に示す。

同図の（イ）〜（ニ）は通常時で、故障時の（ホ）〜（
チ）に対応する。（イ）は、通常時にＰＥｎが左のＰＥ
ｏからデータを受は取って処理を行なう状況を示すのに
対して、（ホ）はＰＥｎ故障時にＰＥｏがＰＥｏ自身か
らデータを受は取って処理を代行するほか、ＰＥｏがＰ
Ｅｑを通してＰＥｐにもデータを与え、ＰＥｐも処理の
代行をすることを示している。ただし結果を送出する処
理に関しては、上下方向の送出はＰＥｐだけが代行し、
左右方向の送出はＰＥｑだけが代行するように定める。

上記（イ）と（ホ）の動作を対比しながら説明する。（
イ）は矢印■で示すようにＰＥｎがＰＥ。

からデータを受けて処理をし、その結果を矢印■“！・
１　　　　　〜。−？：！１すようＣＰＥｐ、Ｐ□１１
．。３へ転送するケースであるが、これを（ホ）でも次
の様に代行している。先ず、ＰＥｏはループ状の矢印■
で示すようにＰＥｏ自身から送信するデータをＰＥｎに
代って受取り、ＰＥｎに代って処理をする。

また矢印■で示すようにＰＥｎからＰＥｒへのデータ転
送も代行する。ＰＥｎからＰＥｐ、ＰＥｓの縦方向の処
理については、ＰＥｑを経由する矢印■の経路でＰＥｏ
からＰＥｐヘデータ（ＰＥｎの代行処理をした結果）を
送り、ＰＥｐによって■と■の処理を代行してもらう。

■はＰＥｎからＰＥｐへの転送であり、また■はＰＥｎ
からＰＥｓへの転送である。

上述したことは（ロ）と（へ）、（ハ）と（ト）、（ニ
）と（チ）についても同様である。例えば（ロ）ではＰ
ＥｎがＰＥｐからデータを受取り、ＰＥｒ、ＰＥｓ、Ｐ
Ｅｏヘデータを与えるが、ＰＥｎ故障時はＰＥｐ、ＰＥ
ｏが代行プロセッサとなり、ＰＥｏが自身（これはＰＥ
ｎ０代り）にデータを送りまたＰＥｑ経由でＰＥｏへ・
また／＜　４　′＜　Ｘを　　　　　１通してＰＥｓヘ
データを送る。ＰＥｏは自身ヘデータを送り　（これは
ＰＥｎからＩ’Ｅｏの分）、またバイパスを通してＰＥ
ｒヘデータを送る。第５図では、データ転送処理の代行
の様子を矢印に番号を付けることによって対応づけて示
している。

ＰＥｏとＰＥｐを中心にして考えた場合、実線の矢印は
受信処理、破線の矢印は送信処理となる。

尚、以上は転送処理だけについて説明したが、例えばＰ
ＥｓからＰＥｎへのデータとＰＥｒからＰＥｎへのデー
タを演算するような処理をＰＥｏまたはＰＥｐで代行す
ることもできる。

以上述べたように、第１図のように一次元結合の場合は
左ＰＥだけが処理の代行を行なうのに対し、第３図の二
次元格子結合においては左および上のＰＥが、更に第４
図の二次元結合では左上も加えた３ＰＥが連係して処理
を代行することになる。同じような考え方は、そのほか
の種々のネットワーク結合に対しても適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、複数のプロセッサを
ネットワーク状に相互接続したシステムにおいて、一部
プロセッサが故障しても隣接する他のプロセッサが故障
プロセッサの処理を代行するので、若干の性能低下はあ
るがシステムダウンは回避し処理を継続することができ
る利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要を示すブロック図、第２図は故障
検出回路の具体例を示す構成図、第３図および第４図は
本発明の異なる実施例を示すブロック図、第５図は第４
図の動作説明図である。 図中、ａｘｃ、ｎ”−ｓはプロセッサ、ｋ、　　ｔはバ
イパス用のデータ転送路、ｆは故障検出回路、ｉは故障
報知信号線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数のプロセッサを相互結合して並列処理するシステム
   の縮退動作方式において、各プロセッサ内に故障検出回
   路と、バイパス用のデータ転送路と、隣接プロセッサに
   故障状態を知らせる信号線とを設け、或るプロセッサが
   故障した場合には該故障プロセッサを切り離しかつ前記
   データ転送路でバイパスし、該故障プロセッサに割当て
   られた処理は該故障プロセッサの予め定めた隣接プロセ
   ッサに代行させることを特徴とする複数プロセッサシス
   テムの縮退動作方式。