一种高吞吐量、高可扩展数据中心网络结构

虽然以服务器为中心的数据中心网络互连结构部分程度地解决了树型结构面临的性能瓶颈和可扩展性难题,但如何使数据中心网络同时兼具高吞吐量和高可扩展能力,仍然是一个颇具挑战性的问题.为此,提出了具有高吞吐量和高可扩展能力的常量度数数据中心网络互连结构XDCent.XDCent 在各服务器网络端口个数为常量的情况下,确保数据中心网络在保持高吞吐量的前提下能够进行系统规模的无损和持续扩展.     

DCent: 基于双网卡服务器的高可扩展数据中心网络结构

虽然以服务器为中心的新型数据中心网络互联结构部分一般程度地解决了传统树型结构面临的性能瓶颈和可扩展性难题,但是,现行服务器大多数带有2个网络端口,如何基于双网卡服务器设计一种高可扩展、高性能的数据中心网络互联结构是一个颇具挑战性的问题.提出了基于双网卡服务器的高效可扩展数据中心网络互联结构DCent.DCent具有较高的网络吞吐量,使得数据中心能够进行无损和持续扩展,各类应用能够不受数据中心规模扩展的影响而继续运行;且服务器之间通过交换机进行互联,避免了服务器之间的直接连线,具有良好的模块化性.     

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。     

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。     

一种新的处理器间光互连网络

随着计算机系统对互连网络性能需求的提高,传统的电互连技术出现了许多无法克服的问题,光互连技术应运而生。本文设计了一种新的基于高速光开关的处理器间光互连结构——PIBOS,并在此基础上提出了单级PIBOS和多级PIBOS中的链路仲裁和路由算法。模拟结果表明,采用PIBOS互连结构,减少了数据传输过程中的光电转换操作,提高了网络的吞吐率,降低了系统延时,并很好地实现了互连系统的扩展。     

一种晶上系统互连网络的容错感知结构

晶上系统融合预制件组装和晶圆集成等先进理念,是延续摩尔定律的一种新方法。由于晶圆基板本身制造良率和拼接的不确定性,晶上系统存在路由节点故障或链路故障等问题。为提高系统容错性,提出了一种基于2D-Mesh晶上互连网络的容错感知结构。在Mesh环中交叉使用主副感知器用于获取故障信息,再将其广播至全局路由节点实现数据包的避障绕行,缓解数据包在路由过程中可能发生的阻塞。实验仿真表明该结构在多种故障模式下,相较于传统容错路由算法有更高的饱和注入率,能够有效提高系统容错性,降低局部故障导致的性能影响。     

大容量、高性能、高扩展能力的蓝鲸分布式文件系统

应用需求和计算机技术的发展使网络化存储系统成为网络服务器系统中I/O子系统研究的热点.作为网络存储系统关键部件,分布式文件系统的研究具有非常重要的意义. 蓝鲸分布式文件系统(BWFS)是国家高性能计算机工程技术研究中心基于对国内外现有研究成果的分析和研究,自主设计实现的分布式文件系统.它着重于大容量、高I/O吞吐率和高扩展能力等方面特性. BWFS已经用到BW1K网络存储系统中,并通过BW1K的初步评测数据验证了这些特性.     

一种简单易行的多机互连技术

随着微机应用的广泛深入,常常需要将多个微机连接起来构成一个多机系统。本文选用先进的VLSI芯片Z8038作为微机之间的硬件接口。Z8038最突出的特点它可为两个微处理器之间直接提供双向异步并行传输标准接口,使得多机系统的互连硬件十分简单。本文介绍的通信软件也非常简单,容易实现。     

e-MAC:一种面向Ad Hoc网络的高吞吐量MAC协议

解决ad hoc网络中隐藏节点问题、暴露节点问题的最终目的是减少节点间的冲突,提高网络空间复用率,从而提高网络吞吐量.现有MAC协议在解决隐藏节点问题时着重于彻底消除网络中的隐藏节点,忽略了网络空间复用率,即使能够彻底解决隐藏节点问题,也不能有效提高网络吞吐量.同样,现有协议在解决暴露节点问题时着重于如何允许暴露节点并行发送数据,忽略了暴露节点接收数据的问题,也影响了网络空间复用率.提出了一种高效的MAC协议e-MAC,协议采用两种方法提高网络空间复用率:首先,协议中接收节点根据接收到发送节点的信号强度动态调整忙音发射功率,使忙音恰好覆盖所有的隐藏节点,在彻底解决隐藏节点问题的同时,提高网络空间复用率;其次,隐藏节点接收到RTS消息后,通过判断RTS消息信号强度与信道中干涉信号的强度之比来决定是否接收数据,允许满足信噪比要求的接收节点接收数据,进一步提高网络空间复用率.仿真结果验证了协议的有效性,在任意拓扑结构下,e-MAC协议的平均吞吐量比DUCHA(dual channel access)协议高87%.     

异种局域网的一种通用高效互连模式

为了在异种局域网间交换数据，网络用户有时需设计互连网络。本文讨论了一种基于会话层的具有较好通用性，可移植性的，性能价格比较高的互连系统模型。并给出实现实例。     

Thermo-Fluids Provisioning of a High Performance High Density Data Center

Consolidation and dense aggregation of slim compute, storage and networking hardware has resulted in high power density data centers. The high power density resulting from current and future generations of servers necessitates detailed thermo-fluids analysis to provision the cooling resources in a given data center for reliable operation. The analysis must also predict the impact on the thermo-fluid distribution due to changes in hardware configuration and building infrastructure such as a sudden failure in data center cooling resources. The objective of the analysis is to assure availability of adequate cooling resources to match the heat load, which is typically non-uniformly distributed and characterized by high-localized power density. This study presents an analysis of an example modern data center with a view of the magnitude of temperature variation and impact of a failure. Initially, static provisioning for a given distribution of heat loads and cooling resources is achieved to produce a reference state. A perturbation in reference state is introduced to simulate a very plausible scenario—failure of a computer room air conditioning (CRAC) unit. The transient model shows the “redlining” of inlet temperature of systems in the area that is most influenced by the failed CRAC. In this example high-density data center, the time to reach unacceptable inlet temperature is less than 80 seconds based on an example temperature set point limit of 40°C (most of today's servers would require an inlet temperature below 35°C to operate). An effective approach to resolve this issue, if there is adequate capacity, is to migrate the compute workload to other available systems within the data center to reduce the inlet temperature to the servers to an acceptable level. Recommended by: Ahmed Elmagarmid     

不同数据分配方式下并行系统的可扩展性

本文以高斯消去法为例,从理论和实验上给出了一般可扩展性分析步骤,分析了不同数据分配策略对并行算法和机器组合体可扩展性的影响。这对算法可扩展性分析的推广是很有意义的。     

国家高能物理科学数据中心分布式数据处理平台

【目的】本文对国家高能物理科学数据中心分布式数据平台进行系统全面介绍,为高能物理及相关领域大科学实验的数据处理提供参考。【方法】文章介绍了国家高能物理科学数据中心分布式数据处理平台的总体构成、运行模式和智能运维等方面的关键技术。通过分析高能物理实验数据处理的计算特点与实际需求,介绍了数据中心“一平台多中心”的数据处理平台建设思想,阐述了平台为高能物理实验提供的跨地域资源共享、高性能海量数据访问以及用户实时交互服务等技术方案设计与实现。【结果】文章列举了数据中心分布式数据处理平台对两个高能物理实验的支持实例,助力科学研究成果获取。【结论】国家高能物理科学数据中心分布式数据处理平台已经成为高能物理学科的重要基础设施和组成,是学科融合、开展新研究方法的主要场所,满足了粒子物理、理论物理、空间天文、射线学科、加速器设计等科研领域的数据处理需求。     

Paleyfly:一种可扩展的高速互连网络拓扑结构

高速互连网络是高性能计算系统的重要组成部分.随着网络规模需求的扩大,如何搭建更大规模的网络是高速互连网络拓扑结构设计的关键.因此,提出一种新型层次化的拓扑结构Paleyfly(PF),其结合了Paley图强正则的特性和Random Regular(RR)图支持任意规模大小的特点.相比其他新型高速互连网络拓扑结构,Paleyfly能够有效解决在路由芯片端口数受限的背景下,Dragonfly(DF)可扩展性受限、Fat tree(Ft)物理成本高、RR结构物理布局难、路由表规模大等问题.同时,根据强正则属性在路由策略上负载均衡的优势,提出了4种路由策略来解决网络的拥塞问题.最后,通过模拟器实验比较分析PF结构与其他拓扑结构及PF结构不同路由策略的性能,验证了PF结构在不同规模以及不同通信模式配置下网络延迟优于RR结构.     

一种构建超大规模数据中心的模块化网络结构

模块化数据中心网络的模块间互联结构和路由负责模块的有效组织,以及不同模块服务器间的高效通信.为此,如何设计具有高带宽、高容错和高可扩展能力的互联结构以支持大规模、超大规模数据中心的构建成为模块化数据中心网络需要解决的首要问题.提出了一种构建超大规模模块化数据中心的模块间互联结构MDKautz,该结构通过模块内大量未被使用的交换机预留高速端口将模块以Kautz图互连,在无需额外增加任何高端交换设备的前提下,构造出具有高带宽、高容错和灵活可持续扩展性的超大规模数据中心网络.对MDKautz的构建方法、路由策略以及扩展方法进行了分析,数学分析和模拟实验结果证明了该新型网络结构具有良好的拓扑特性和通信性能,可有效支持数据中心高带宽、高容错的典型应用.     

云计算之数据中心网络的发展

数据中心是云计算所依赖的核心基础设施,而数据中心网络则是数据中心的基础,关系到数据中心的性能、规模、可扩展性和管理性。本文分析了当前主要数据中心网络结构的不足,对当前数据中心网络的研究现状进行了分析和对比,并对未来数据中心网络的发展和应用作了展望。     

一种容错的数据中心网络结构

在分析现有数据中心网络结构的基础上,提出一种容错的数据中心网络结构DCUBE。采用模块化方式定义增强扩展性,通过对服务器结点的失效处理提高容错性,利用服务器之间的并行路径,提高结点之间的带宽吞吐量。实验结果表明,DCUBE能较好地满足数据中心对网络结构的要求,而且可提供更高的带宽吞吐量。