SuperStar:一种可扩展高阶互连拓扑结构

随着高速信号传输技术和VLSI技术的发展,使用高阶路由器来应对因高性能计算机峰值性能不断攀升给高性能互连网络带来的新挑战已是发展需求;同时,如何利用高阶特性减少互连网络延迟和成本开销,以支持更大的网络规模是设计高性能互连网络拓扑结构的关键和突破点。针对目前基于高阶路由器的典型拓扑结构进行了分析,并在此基础上提出一个新的高阶拓扑架构SuperStar,其不仅具有较短的网络直径而且具有良好的可扩展性;通过在一个基于OMNeT++平台自主开发的高阶互连网络性能测评模拟器上设定不同的通信负载,测评各种拓扑结构在通信系统下实际的网络延迟和吞吐率的走势,以分析SuperStar的通信开销。     

基于网络包延迟偏差的硬件动态拥塞控制机制

互连网络已经成为提升高性能计算系统性能的技术瓶颈。对高性能互连网络中的拥塞控制进行研究,针对通信热点的形成过程,给出了一种基于网络包延迟偏差的硬件动态拥塞控制机制CMDPD,利用网络包传输延迟偏差预判网络拥塞状态,控制端到端网络注入,避免拥塞形成。构建了模拟环境,在Fat-tree和Dragonfly两种网络结构下,对CMDPD进行了模拟实验。结果表明,在Fat-tree网络中CMDPD的吞吐率可提高5%~12%。     

一种基于分层Mesh网络的层次化NoC拓扑结构

针对片上网络中距离较远节点之间通信延迟过大的问题,提出一种层次化HDMesh拓扑结构。该拓扑结构采用分层设计,底层网络使用Mesh结构互连进行临近节点通信,顶层网络在Mesh结构的基础上增加2条对角链路以降低通信延迟。为避免顶层网络的拥塞,设计相应的HDXY路由算法,对各层流量进行合理分配。实验结果表明,在Rent流量模式下,相比Mesh,CMesh和CHMesh拓扑结构,HDMesh拓扑结构具有更低的通信延迟和更高的网络吞吐量。     

一种高阶混合互连网络拓扑结构

随着对高性能计算机性能需求的不断提升,高性能计算机的系统规模在逐渐扩大,系统内的互连网络已经成为影响性能的关键因素。如何基于高阶路由器构建更大规模、更低网络延迟以及成本、更高网络吞吐率的互连网络,是目前的主要研究方向。针对目前广泛应用的高阶网络进行特性分析,并对其中的环网以及树网进行综合,提出了一种新型层次化混合互连网络拓扑结构。该结构具有良好的可扩展性以及通信能力,并在网络模拟器NetSim上对其性能进行了仿真和分析。     

一种用于片上网络的拥塞感知哈密尔顿最短路径路由算法

类脑处理器能够支持多种脉冲神经网络SNN的部署来完成多种任务。片上网络NoC能够用较少的资源和功耗解决片上复杂的互连通信问题。现有的类脑处理器多采用片上网络来连接多个神经元核,以支持神经元之间的通信。SNN在时间步内瞬时突发的通信会在短时间内产生大量的脉冲报文。在这种通信行为下,片上网络会在短时间内达到饱和,造成网络拥塞。片上网络中非拥塞感知路由算法会进一步加剧网络拥塞状态,如何在每一个时间步内有效处理这些数据包,从而降低网络延迟,提高吞吐率,成为了目前需要解决的问题。首先对SNN的瞬时猝发通信特性进行了分析;然后提出一种拥塞感知的哈密尔顿路径路由算法,以降低NoC平均延迟和提高吞吐率;最后,使用Verilog HDL实现该路由算法,并通过模拟仿真进行性能评估。在网络规模为16×16的2D Mesh结构的片上网络中,相对于没有拥塞感知的路由算法,在数量猝发模式和概率猝发模式下,所提出的拥塞感知路由算法的NoC平均延迟分别降低了13.9%和15.9%;吞吐率分别提高了21.6%和16.8%。     

胖树的网络演算模型

网络演算近年来已成为网络领域重要的性能分析工具之一,但是,传统的网络演算主要关注网络的QoS性质,通过计算数据流的最大数据积压、最大端到端延迟、服务曲线等来分析网络的性能。在高性能计算系统中,则主要关心网络系统的吞吐率、通信延迟以及网络的饱和参数等,传统的网络演算理论无法有效计算这些参数。将网络演算与排队论结合,定义和推导了网络演算下的通信延迟和吞吐率,构造了一套适合高性能网络分析的网络演算分析方法。基于设计的方法,通过对胖树网络下均匀流量模式的分析,表明本文所设计的方法能够有效分析高性能网络的通信延迟、吞吐率等参数,并能有效捕捉网络的饱和状态,与模拟器的对比结果也表明本文模型能够基本吻合仿真结果。     

基于参数的层次化Mesh互连片上网络结构*

提出一种基于参数的层次化Mesh互连片上网络结构—PHNoC,解决片上网络规模扩张引起的通信延迟和吞吐性能下降问题。采用分簇多层次互连的思想,提高片上网络扩展性和连通性;引入层数和分簇类型参数,实现不同网络规模的灵活配置;引入跨层流控参数,控制并平衡层间负载流量。仿真试验表明,在多种流量模式下,不同网络规模时,PHNoC结构的延迟和吞吐性能相比传统的平面或两层结构优势明显,而资源开销和实现复杂度增加不大,说明增加多层互连资源可有效换取通信性能的提高。     

片上网络互连拓扑综述

随着器件、工艺和应用技术的不断发展,片上多处理器已经成为主流技术,而且片上多处理器的规模越来越大、片内集成的处理器核数目越来越多,用于片内处理器核及其它部件之间互连的片上网络逐渐成为影响片上多处理器性能的瓶颈之一.片上网络的拓扑结构定义网络内部结点的物理布局和互连方法,决定和影响片上网络的成本、延迟、吞吐率、面积、容错...     

片上光网络:一种新型片上互连网络

随着单个芯片上集成的处理器的个数越来越多,传统的电互连网络已经无法满足对互连网络性能的需求,需要一种新的互连方式,因此光互连网络技术应运而生.目前,电互连的片上网络在功耗、性能、带宽、延迟等方面遇到了瓶颈,而光互连作为一种新的互连方式引用到片上网络具有低损耗、高吞吐率、低延迟等无可比拟的优势.本文主要探讨了片上光网络的...     

片上网络互连拓扑综述

随着器件、工艺和应用技术的不断发展,片上多处理器已经成为主流技术,而且片上多处理器的规模越来越大、片内集成的处理器核数目越来越多,用于片内处理器核及其它部件之间互连的片上网络逐渐成为影响片上多处理器性能的瓶颈之一。片上网络的拓扑结构定义网络内部结点的物理布局和互连方法,决定和影响片上网络的成本、延迟、吞吐率、面积、容错能力和功耗等,同时影响网络路由策略和网络芯片的布局布线方法,是片上网络研究中的关键之一。对比了不同片上网络的拓扑结构,分析了各种结构的性能,并对未来片上网络拓扑研究提出建议。     

一种新型片上网络互连结构的仿真和实现

综合性能、硬件实现等方面考虑,提出一种基于片上网络的互连拓扑结构-层次化路由结构MLR(Multi-Layer Router).该结构通过层次化设计减小网络直径,具有良好的对称性和扩展性.网络建模仿真和硬件实现结果显示,在不同网络负载和不同IP核节点数的情况下,MLR与传统结构相比,在处理网络通信时,对于网络丢包率、通信延迟和网络吞吐量等网络性能参数均有最多50%-70%的提升;同时通过共享路由的方式,减少了超过20%的芯片面积和40%以上的动态功耗,有效降低了互连结构的硬件开销     

支持可变功耗的多通道串行链路管理机制

互连网络是并行计算机、存储系统和各种数据中心的重要组成部分.随着网络带宽和系统规模的增加,互连网络需要的功耗也随之提升,而且在全系统中所占比例已不容忽视.提出了一种高速串行链路管理机制,根据网络中数据流量的变化,动态调整链路中使用的通道数量.但是即使链路空闲也不会关闭该链路中的所有通道,因此在降低功耗时不会改变网络的连接关系和拓扑结构.实验结果表明,这种机制可以大大增加互连的灵活性,在提供高带宽的同时降低互连网络在空闲时的功耗,缺点是启动延迟会稍有增加.     

The Optical Chained-Cubic Tree interconnection network: Topological structure and properties

Interconnection networks with optical communication links outperform others using electronic communication links when the distance is long in terms of speed and power consumption. However, for short distances, electronic network topologies are preferred due to lower material cost requirements. As a result, hybrid network topologies were constructed to combine the benefits of both types of network topologies, such as Optical Transpose Interconnection System (OTIS). This paper presents a new hybrid interconnection network topology, which is constructed using both optical and electronic links, called the Optical Chained-Cubic Tree (OCCT). This new OCCT topology is based on the Chained-Cubic Tree (CCT) interconnection network and is designed to cope with both types of binary trees; full and complete. Also, the topological properties of OCCT in terms of diameter, connectivity, degree, bisection width, and cost are presented and compared with OTIS-Mesh and CCT interconnection networks.     

无缓冲光互连网络的延时性能分析及优化

针对当前高性能计算机光互连网络中光缓冲不易实现的问题,提出一种无缓冲的光互连网络结构BOIN,在对网络结构进行建模和分析的基础上,研究网络的传输延时随不同输入负载和网络规模而变化的规律,给出在一定互连总规模和输入负载下,网络延时达到最小值时网络拓扑结构所必须满足的条件。模拟实验证明了该结果的正确性。     

以存储器为中心的路由器MRouter

并行系统的互连技术一直是高性能计算机的一个关键研究领域。在本文作者1999年中提出了一种基于多端口快速存储器的新型互连体系结构MCIM,并在此基础上构造出规模为16－128个CPU的结点系统。该文将MCIM原理应用在互连网络通信技术上,实现了一种以存储器系统为中心 的路由器MRouter。它采用流水操作和穿通传输技术,可用于构成低延时、高带宽的高性能互连网络。这将种互连网络与上述结点系统结合,可以实现更大规模的并行系统。而且其无论在板级或是结点级都采用同一种互连技术,有利于系统的模块化实现。文中介绍了以存储器为中心的互连机制MCIM的原理,同时描述了以存储器为中心的路由器MRouter的结构及数据传输流程,在仿真实验中作者对MCIM的互连通信技术和其它互连技术进行了测试和比较。     

基三分层网络中的受限多播路由算法

多播路由算法对互连网络的通信性能和多处理机系统性能的发挥起着重要作用。针对基三分层互连网络，在权衡性能、成本和实现的基础上，提出一种基于树的受限多播路由算法TRMA。该算法充分利用基三分层互连网络的层次特性和节点编码中所含的网络拓扑信息实现消息路由，算法设计简单，易于硬件实现。和其他基于树的多播路由算法相比，TRMA算法不需要源节点在发送消息前构建多播树,并将多播树的信息存放在消息中，大大降低了源节点的工作负载，提高整个系统的性能。通过仿真比较了TRMA和基于单播的多播路由算法，结果表明TRMA具有较低的网络延迟和较小的网络流量。     

A shortly connected mesh topology for high performance and energy efficient network-on-chip architectures

Network-on-chip-based communication schemes represent a promising solution to the increasing complexity of system-on-chip problems. In this paper, we propose a new mesh-like topology called the shortly connected mesh technology (ScMesh), which is based on the traditional mesh topology, to exploit the graph symmetry properties of interconnection networks. This proposed topology not only enhances network performance by reducing the network diameter, but also provides a lower area/energy solution for interconnection network scenarios. This study analyzes and compares the performance of ScMesh to some newly improved topologies, including the WK-recursive, extended-butterfly fat tree, and diametrical mesh topologies. The experiment results indicate that ScMesh outperforms the other topologies, with throughput increases of 47.71, 33.45, and 18.64 % as well as latency decreases of 45.71, 35.84, and 14.58 % compared to the extended-butterfly fat tree, WK-recursive and diametrical mesh topologies, respectively. In addition, ScMesh achieves 41.22, 32.23, and 15.01 % lower energy consumption and 38.96, 27.43, and 18.21 % lower area overhead than the extended-butterfly fat tree, WK-recursive, and diametrical mesh topologies, respectively.     

基于通信量权值二分图分配算法的列车通信网络研究

针对列车通信网络的网络性能直接受到网络拓扑结构的影响,提出一种基于设备间的通信量权值的二分图分配算法,解决网络拓扑中设备到交换机的分配问题。首先,根据列车通信网络中各设备间的实际通信情况,建立列车交换式以太网模型,得出设备间的通信量权值;然后,利用通信量权值的二分图分配算法完成设备到交换机的分配,构建新的交换式列车网络拓扑结构。通过OPNET建模仿真对该结构的网络性能进行分析,结果表明,优化后的列车通信网络拓扑结构比未优化的拓扑结构,在网络时延、链路利用率和吞吐量等网络性方面能均有很大的提升,可为列车通信网络拓扑结构优化研究提供理论参考。     

2r-正则图连通圈网络的Hamilton分解

互连网络是超级计算机的重要组成部分。互连网络通常模型化为一个图,图的顶点代表处理机,图的边代表通信链路。2010年师海忠提出互连网络的正则图连通圈网络模型,设计出了多种互连网络,也提出了一系列猜想。文中证明了2r -正则图连通圈网络可分解为边不交的一个Hamilton圈和一个完美对集的并,从而证明了当原图为2r-正则连通图时,这一系列猜想成立。