Processamento paralelo é um conjunto de técnicas que possibilita aos sistemas informatizados a realização de tarefas de processamento de dados simultaneamente para aumentar a velocidade computacional dos dispositivos. Esse sistema cria tempos de execução mais rápidos, pois no momento em que uma instrução é processada em determinado componente da CPU, outro comando pode ser lido na memória, por exemplo.
Sendo assim, a arquitetura de sistema de processamento paralelo é capaz de aprimorar a capacidade dos computadores e de aumentar o seu rendimento em um intervalo de tempo. Com ela, os dados podem ser distribuídos entre várias unidades funcionais múltiplas para a execução de operações diferentes ou idênticas concomitantemente.
Neste conteúdo, vamos explicar um pouco mais sobre o assunto, tratando também das suas aplicações práticas. Gostaria de descobrir o que é processamento paralelo, quais são os principais tipos e suas vantagens? Acompanhe a leitura!
O que é processamento paralelo?
O processamento paralelo é a divisão de determinada atividade em várias partículas, as quais são atribuídas a diferentes CPUs para funcionar de forma sincronizada com o auxílio da tecnologia. Portanto, é uma metodologia de distribuição uniforme de demandas com o foco em acelerar o desempenho de uma tarefa.
Computação paralela
Esse recurso funciona em um único computador que tenha dois ou mais processadores, e também em uma rede de dispositivos. Essa técnica também é conhecida como computação paralela e permite que os profissionais utilizem desktops comuns para solucionar problemas complexos. Sendo assim, os usuários não precisam mais da assistência de supercomputadores.
Segmentos de tarefas
Aqui, as tarefas se comunicam entre si várias vezes por segundo para a produção de resultados otimizados em tempo real. Ele divide uma tarefa completa em segmentos menores, que permanecem em sincronia, e trabalha nelas simultaneamente. Uma vez que uma etapa tenha sido concluída, há a priorização da próxima.
Arquitetura de processamento
O processamento paralelo pode ser caracterizado pela sua arquitetura, composta por um encadeamento separado e múltiplo, homogêneo ou heterogêneo, com núcleos distintos. Tudo isso varia conforme a demanda do sistema naquele momento.
Ela também pode ser simétrica, ou seja, ter vários processadores idênticos e independentes que são gerenciados por um sistema operacional. Isso consegue otimizar bem um ambiente Windows, por exemplo.
Protocolo de Transferência de Hipertexto
As ações podem ser coordenadas por meio de filas de mensagens ou Protocolo de Transferência de Hipertexto (HTTP) ou distribuídas com processadores localizados em diferentes dispositivos em uma rede. Ainda assim, normalmente, todos os componentes em processamento paralelo estão acoplados, rodam no mesmo sistema operacional, compartilham um único terminal de usuário e fazem o armazenamento secundário.
Para que serve o processamento paralelo?
O processamento paralelo serve para reduzir o tempo total do trabalho em cima de um volume de dados. Essa técnica específica de computação possibilita que vários fluxos de informações ou tarefas de cálculo ocorram paralelamente. Ela é útil para melhorar o rendimento ou a quantidade de dados processados por unidade de tempo em uma máquina.
Ele também é essencial para processar e fornecer mais dados em tempo real para implementação de sensores de Internet das Coisas ou IoT, microsserviços, serviços em nuvem, unidades de processamento gráfico e diferentes endpoints.
No processamento paralelo, cada processador ou núcleo pode usar um software para se comunicar e permanecer sincronizado quando as informações mudam. Quando o processo estiver concluído, a tecnologia que permite a execução das instruções reunirá todos os dados das diferentes partes da atividade extraídos da memória do computador para produzir o resultado da tarefa única.
Então, em situações complexas ou que necessitam de uma agilidade superior para serem resolvidas, o recurso é ainda mais útil.
Quais são os tipos de processamento paralelo?
Existem diversos tipos de processamento paralelo, os quais são categorizados com base no método de processamento das instruções. Cada um deles conta com recursos diferentes e funciona de maneira distinta, razão pela qual alguns são mais populares que outros. Veja a seguir os principais e confira detalhes sobre o seu funcionamento!
PMP ou Processamento Massivamente Paralelo
Com o PMP, a transmissão de mensagens é habilitada entre processos com um conjunto de links de dados relacionados para que funcione. Vários processadores usam uma interface de mensagens para se comunicar e podem lidar com uma grande quantidade de dados e diferentes seções do programa. Cada CPU usa sua própria memória e sistema operacional para coordenar a execução de operações.
SIMD ou instrução única
Esse tipo de processamento é feito por dois ou mais processadores que seguem o mesmo conjunto de instruções. A CPU trabalha de maneira diferente com os dados que são fornecidos por cada processador com um conjunto distinto de instruções. Isso auxilia na análise de grandes conjuntos de informações com benchmarks semelhantes.
Um único algoritmo é aplicado a vários conjuntos de dados enviados por diversos componentes de processamento, enquanto todas as unidades são supervisionadas por uma central de controle. As mesmas instruções são enviadas para cada processador enquanto eles trabalham diferentes informações e os módulos do subsistema compartilhado ajudam na comunicação com todas as outras CPUS concomitantemente.
MIMD ou Instrução Múltipla
Essa é a categoria de processamento de múltiplos dados e instruções na qual cada conjunto de centrais executa informações provenientes de diferentes fontes. Então, todo processador da cadeia segue instruções e algoritmos da fonte, sendo que a organização computacional envolve um sistema paralelo capaz de executar várias orientações operando fluxos de tarefas simultaneamente.
Portanto, cada processador opera por meio de um programa separado, aceita fluxos de instruções individuais e permite o gerenciamento de um fluxo de instruções exclusivo. Os dados são fornecidos por diferentes fluxos e o processamento é feito por dois ou mais processadores que usam um algoritmo mais sofisticado e podem executar várias tarefas ao mesmo tempo.
MISD ou instrução múltipla
A sigla MISD se refere a um único fluxo de processamento de dados e múltiplas instruções. Esse método de organização inclui diversas unidades de processamento que recebem instruções diferentes e operam de modo semelhante. Vários processadores recebem os mesmos conjuntos de dados, contudo, são instruídos a processá-los de forma diferente para produzir resultados diversificados.
Inicialmente, os desenvolvedores implementaram essa estrutura apenas por interesse teórico. Cada processador recebe a entrada de dados semelhante e opera segundo as instruções e em um fluxo de dados análogo. O número de operações é influenciado pelo número de processadores disponíveis e são usados algoritmos diferentes para trabalhar as informações recebidas.
SISD ou Instrução Única
É o tipo de processamento que usa um único CPU e dados únicos. Pode haver mais de uma unidade funcional, mas a única unidade de controle é responsável por todas elas. Por outro lado, ele pode ou não ser capaz de trabalhar em paralelo, dependendo da configuração realizada pelo usuário.
O processamento SISD utiliza várias unidades funcionais e faz o processamento de pipeline para realizar os cálculos paralelos. As instruções, por sua vez, acontecem em todas as fases de execução e sequencialmente. O sistema gerencia uma única fonte de dados e algoritmos para gerar os resultados desejados.
SPMD ou Programa Único
Essa é uma variante MIMD que utiliza dados múltiplos enquanto todos os processadores executam instruções semelhantes. Cada nó interage com outros nós, lançando sua aplicação e usando rotinas de envio e recebimento. Para isso, o processamento é utilizado como um programa de passagem de mensagens por sistemas de computador com memória distribuída, voltadas para um conjunto de computadores separados.
Essas mensagens também podem ser usadas para sincronização de barreiras. Nesse caso, a transferência de informações segue métodos de comunicação específicos, como Transmission Control Protocol ou Internet Protocol (TCP/IP) ou over Ethernet e interconexões dedicadas de alta velocidade, como Supercomputer Interconnect e Myrinet.
Quais são as vantagens do processamento paralelo?
Usar os métodos de processamento paralelo descritos acima nas empresas pode trazer uma série de benefícios. Além de executar os códigos com eficiência, também diminuem o tempo da computação e geram uma rotina de trabalho mais responsiva. Observe abaixo outras vantagens dessa técnica!
Simplifica dados complexos
Esses métodos de processamento ajudam os profissionais a analisar conjuntos de dados que podem ser muito complexos ou ter um enorme volume que seriam impossíveis de analisar sequencialmente. Eles ajudam a resolver outros problemas mais complexos de programação em um curto período e reduzem os custos das análises.
Um único aplicativo web pode processar milhões de transações a cada segundo com a ajuda de IA e Big Data. O processamento paralelo, por sua vez, pode ajudar a superar vários desafios, como proteger o ciberespaço ou os recursos computacionais.
Com essa técnica, vários computadores com múltiplos núcleos podem filtrar muito mais dados em tempo real que os computadores convencionais, isolados em seus ambientes.
Redução de custos
A implementação do processamento paralelo ajuda a economizar dinheiro a curto, médio e longo prazo, proporcionando um melhor custo por desempenho. Os profissionais especializados podem utilizar componentes relativamente baratos para construir computadores com processadores paralelos e, com isso, aumentar a organização dos dados de um negócio.
O número de processadores pode ser incrementado e o sistema configurado de acordo com as necessidades da sua empresa. Os custos de construção e manutenção são baixos enquanto ocorre o desperdício mínimo de poder computacional. A técnica possibilita o uso de mais recursos para economizar tempo de execução e resolver problemas com agilidade.
Facilita o compartilhamento
Os métodos de processamento paralelo também ajudam você a gerenciar corretamente as informações de uma organização, facilitam a comunicação e o compartilhamento de dados entre usuários. Além disso, aperfeiçoa os recursos de armazenamento, pois a técnica auxilia na otimização das instalações e infraestruturas de Tecnologia da Informação das empresas.
Tempo de resposta aprimorado
Algumas empresas podem usar o processamento paralelo para realizar simulações e ampliar a sua compreensão de fenômenos que ocorrem no mundo real. Ao utilizar vários processadores, o rendimento do sistema é aumentado e o tempo de resposta aprimorado. Há uma tolerância a falhas mais flexível, pois é possível reprogramar as tarefas para serem concluídas por outro processador se houver erros no sistema.
Os eventos do cotidiano não acontecem um de cada vez e nem terminam antes do próximo iniciar. Para isso, o processamento paralelo atua na imitação de cenários do mundo real, tendo em vista que ao nosso redor, as coisas ocorrem simultaneamente.
Desse modo, ele consegue trabalhar grandes volumes de informações sobre cuidados de saúde, indústrias, ecossistemas, tráfego, agricultura, características meteorológicas e muito mais para entregar percepções aos gestores que tomarão decisões mais bem embasadas.
Uso eficaz de hardware
Uma das principais vantagens da computação paralela é que os computadores podem executar códigos com mais eficiência. Eles economizam tempo e dinheiro ao classificar dados provenientes de Big Data com mais rapidez que nunca. O processamento paralelo também soluciona dificuldades complexas e oferece mais recursos para os profissionais.
Os sistemas de processamento aprimoram a utilização de recursos, distribuindo a sua carga de trabalho para os recursos de hardware disponíveis. Eles limitam a subutilização de equipamentos gerais ou componentes específicos, e aperfeiçoam a eficiência geral das máquinas. Em virtude disso, reduzem o tempo necessário para obter resultados e facilitam a tomada de decisões mais acertadas.
Ganhos de escalabilidade
Um sistema de processamento paralelo pode ser facilmente dimensionado por meio da remoção ou adição de novos processadores. Na prática, isso representa economia na hora de dimensionar a exigência de um novo projeto.
Então, antes de passar o orçamento para um cliente sobre custos com servidores e tempo de máquina, você saberá com mais clareza os recursos que precisam ser implementados. Consequentemente, a margem de lucro aumenta.
Qual a diferença entre processamento paralelo e processamento distribuído?
O processamento distribuído é completamente distinto do paralelo. No primeiro modelo, os equipamentos podem ser diferentes e estão conectados por meio de uma rede local ou de longa distância, cada qual com sua memória e fila de execução de tarefas, não sendo, necessariamente, simultâneas. Por outro lado, no paralelo, a base é uma só, exigindo que as máquinas trabalhem em conjunto.
É importante considerar as necessidades do seu negócio e dos projetos que virão para decidir qual desses meios adotar. Se velocidade é uma prioridade, principalmente em aplicações web com validações constantes, sem dúvidas o processamento paralelo é a melhor solução.
Uma boa alternativa é contratar empresas que trabalham com foco em soluções baseada nessa arquitetura. Assim, os custos serão reduzidos e não haverá nenhum problema em caso de nós do sistema falharem.
Agora que você já entendeu como funciona o processamento paralelo, basta escolher o tipo adequado ao seu contexto e priorizar os processos. Não deixe de ter equipamentos com um hardware capaz de trabalhar nesse ecossistema, otimizando a relação de custo-benefício e garantindo mais segurança.
Este conteúdo esclareceu as suas dúvidas sobre o assunto? Então, aproveite para ler outros materiais relacionados à inteligência de negócios e Tecnologia da Informação. Se gostou, não se esqueça de compartilhar o material nas suas redes sociais!