Домашнее задание - Итоговая комплексная работа по архитектуре ЭВМ

Выполняйте только если преподаватель назначил это задание. Срок сдачи сообщит преподаватель.

Резервный вариант итогового комплексного задания по дисциплине «ОП.02 Архитектура аппаратных средств» для обучающихся, пропустивших занятие или направленных на пересдачу/доработку проекта. Включает разбор типового архитектурного проекта и контрольные расчетные упражнения по балансировке подсистем ЭВМ.

Разобранный эталонный образец: Проектирование узла визуализации

Эталон методики

Техническое задание:

Спроектировать двухпроцессорный узел 3D-рендеринга на базе 2x Intel Xeon Gold 6430 (32 ядра/сокет, базовая 2.1 ГГц, All-Core Turbo 3.4 ГГц, 8 каналов DDR5 на сокет, 80 линий PCIe 5.0 на сокет), 2x NVIDIA RTX 4090 (по 450 Вт TDP), 2x NVMe PCIe 4.0 x4, 1x 25GbE NIC.

Пошаговый инженерный расчет:

  1. Пиковая производительность процессоров ($R_{peak}$):
    $R_{peak} = 2 \text{ сокета} \times 32 \text{ ядра} \times 3.4 \text{ ГГц} \times 32 \text{ FLOP/такт (2x AVX-512 FMA 512-bit)} = 6963.2 \text{ GFLOPS} \approx 6.96 \text{ TFLOPS (FP64)}$.
  2. Пропускная способность памяти ($BW_{RAM}$):
    16 каналов DDR5-4400 (по 8 каналов на сокет). $BW = 16 \times 4400 \text{ MT/s} \times 8 \text{ байт} = 563.2 \text{ ГБ/с}$. Баланс памяти (B/F ratio): $563.2 / 6963.2 \approx 0.081 \text{ байт/FLOP}$.
  3. Распределение линий PCIe и баланс шин:
    Платформа предоставляет 160 процессорных линий PCIe 5.0. Видеокарты подключаются напрямую к сокетам: GPU 1 к Socket 0 (16 линий PCIe 4.0/5.0), GPU 2 к Socket 1 (16 линий). Накопители NVMe: по 1 диску на сокет ($2 \times 4 = 8$ линий). Сетевая карта: 8 линий к Socket 0. Суммарно занято $16 + 16 + 8 + 8 = 48$ процессорных линий из 160. Переподписка отсутствует.
  4. Расчет подсистемы питания ATX:
    CPU: $2 \times 270 \text{ Вт} = 540 \text{ Вт}$. GPU: $2 \times 450 \text{ Вт} = 900 \text{ Вт}$ (пиковые броски до 1800 Вт по стандарту ATX 3.0 / PCIe 5.0). Периферия: 150 Вт. Суммарная долговременная мощность: $540 + 900 + 150 = 1590 \text{ Вт}$. Ток по шине 12V: $1590 / 12 = 132.5 \text{ А}$. Минимально необходимый блок питания с коэффициентом запаса 1.3: $1590 \times 1.3 \approx 2000 \text{ Вт}$ (2x CRPS 1200 Вт $N+1$ либо одиночный ATX 3.0 Titanium 2000 Вт).

Упражнение 1. Расчет пиковой производительности и пропускной способности памяти

Для 2-сокетного сервера на процессорах AMD EPYC 9354 (32 ядра, All-Core Turbo 3.75 ГГц, 12 каналов памяти DDR5-4800 на сокет, 2x AVX-512 FMA 512-bit) рассчитайте:

Параметр Формула Ваш расчетный ответ
Пиковая производительность ($R_{peak}$ FP64) $2 \times 32 \times 3.75 \times 32$
Суммарная ПСП памяти (24 канала DDR5-4800) $24 \times 4800 \times 8$
Коэффициент Bytes-per-FLOP $BW_{RAM} / R_{peak}$

Упражнение 2. Балансировка линий ввода-вывода и предотвращение дефицита шин

В систему с процессором десктопного класса (20 процессорных линий PCIe 5.0, шина чипсета DMI 4.0 x4 с ПСП 7.88 ГБ/с) инженер установил: видеокарту PCIe 5.0 x16 (64 ГБ/с), системный накопитель M.2 PCIe 5.0 x4 (16 ГБ/с), плату видеозахвата PCIe 4.0 x8 (15.75 ГБ/с) и сетевой адаптер 10GbE PCIe 3.0 x4 (3.94 ГБ/с).

Упражнение 3. Диагностика аппаратного сбоя подсистемы питания ATX

Конфигурация рабочей станции: процессор Core i9-14900K (TDP 125 Вт, PL2 253 Вт), видеокарта GeForce RTX 4090 (TDP 450 Вт, пиковые микросекундные броски до 900 Вт), 4 модуля DDR5, 3 накопителя NVMe. Установлен блок питания старого стандарта ATX 2.3 мощностью 850 Вт с двумя линиями +12V по 35 А каждая (виртуальная защита OCP). При запуске рендеринга компьютер мгновенно отключается без синего экрана (BSoD).

* Распечатайте или сохраните PDF для отправки на проверку преподавателю.