高性能计算节点中的同步操作加速引擎设计

随着GPU等加速部件在超级计算领域的广泛应用,超级计算机单个节点的硬件并行度比单核时代高几倍甚至几十倍。在该环境下,并行应用于单个芯片、计算节点内和计算节点间的通信密度较单核时代急剧增加,通信瓶颈问题愈发突出。为应对高并行度带来的通信瓶颈问题,提出一种同步引擎的硬件设计,该同步引擎可有效地支持和加速计算节点内多任务间频繁小数据量传输(细粒度同步)以及计算节点内和节点间的Barrier、All-reduce集合操作,进而加速并行应用的性能。测试结果表明,在16进程规模下的集合操作测试中,同步引擎相比传统的软件实现有约4倍的加速,在三角矩阵分解(LU分解)测试程序中可以获得约20%的性能提升。     

基于在网计算加速的拜占庭容错算法

拜占庭容错算法是一类能够容忍各种形式的软件错误和安全漏洞的容错算法,对云计算的可靠性保障有着重要意义.与其他容错算法相比,拜占庭容错算法稳定性更高,但是其性能表现低下,不能满足当前系统对高吞吐、低延时的需求.在网计算是一种以数据为中心的体系结构,它用网络承担部分计算功能,使数据在流动过程中获得处理,从而提高系统性能.为解决拜占庭容错系统的问题,提出了一种基于在网计算的拜占庭容忍共识算法优化方案,将算法的一部分处理任务卸载到网卡上执行,利用网卡和处理器形成的多级流水线提升系统吞吐量.由于仅使用在网计算的方案在特定场景下效果不佳,因此,使用多线程方法来提升优化方案的可扩展性.同时,对算法进行了详细的系统评测,实验结果表明:相对于普通的拜占庭容错系统,使用在网计算与多线程结合的优化方案能够获得46%的吞吐率提升以及65%的延迟下降,证明了基于在网计算的拜占庭容忍共识算法优化方案的可行性与有效性.     

浅谈大型渠道现浇混凝土衬砌

在材料及配合比一定的情况下，混凝土的密实度决定了混凝土的其他指标，如强度、抗渗、抗冻等。衬砌质量的判别标准有三：一是混凝土的密实度；二是混凝土的表面平整度，包括糙率；三是混凝土几何尺寸及位置。如何取得高质量的衬砌混凝土，决定于施工工艺。现就大型渠道衬砌施工这一问题做初步的探讨。     

基于AD6645的脉冲功率测量模块的设计

AD6645是美国ADI公司推出的高速14位模数转换器(ADC),具有精度高、转换速度快等特点,是当前用于高速采集的优选器件。本文阐述了基于AD6645脉冲功率测量系统的组成,并详细说明了脉冲功率测量模块及接口的实现。     

LRSP路由器链路调度策略及实现方法

1 引言从硬件上看,机群系统是由若干独立的高性能计算机(结点机)和起互连作用的高速网络组成的,各个结点间通过传递消息实现结点间的通信。因此,内部互联网络性能的优劣极大地影响着机群系统整体性能的好坏。一种互联网络可通过以下几个要素来表达:拓扑结构、路由选择方式、网络切换机制和流量控制技术。其中拓扑结构决定了网络的连接方式,一般分成直接网和多级网两大类。路由选择方式决定了如何为源结点到目的结点的数据包选取传送路径。路由选择在算法上     

智能网卡综述

在网速飞速提升、内存瓶颈突出、网络处理开销愈发显著的时代,普通网卡在网络协议处理、数据搬移、使用灵活性等方面逐渐暴露出缺陷.智能网卡,作为可编程的智能网络设备,在数据中心、科学计算领域均得到广泛关注,成为解决网络瓶颈的关键技术.在网络协议处理卸载、网络功能虚拟化、特定应用加速等应用场景中发挥着重要作用.综述从智能网卡的基础架构、编程框架、应用方向和热点问题4个方面进行分析,总结了目前产业界中的典型产品、学术界中的重要成果,明确了不同设计架构的优势和不足,分析了不同编程框架适用的应用场景,介绍了智能网卡在典型数据中心应用、科学计算应用实例中的作用,对不同应用场景中智能网卡的软硬件协同设计提供了建议.最后,综述对当前智能网卡设计、使用中仍然存在的热点问题进行总结,总结了通用的智能网卡设计思路,指明未来有价值的重要研究点.     

云数据中心 I/O 资源池化

近年来,云计算的发展为数据中心带来了新的应用场景和需求.其中,虚拟化作为云服务的重要使能技术,对数据中心服务器I/O系统的性能、扩展性和设备种类多样性提出了更高的要求,沿用传统设备与服务器紧耦合的I/O架构将会导致资源冗余,数据中心服务器密度降低,布线复杂度增加等诸多问题.因此,文章围绕I/O资源池化架构的实现机制和方法展开研究,目标是解除设备与服务器之间的绑定关系,实现接入服务器对I/O资源的按需弹性化使用,从根本上解决云计算数据中心的I/O系统问题.同时,还提出了一种基于单根I/O虚拟化协议实现多根I/O资源池化的架构,该架构通过硬件的外设部件高速互连接口多根域间地址和标识符映射机制,实现了多个物理服务器对同一I/O设备的共享复用;通过虚拟I/O设备热插拔技术和多根共享管理机制,实现了虚拟I/O资源在服务器间的实时动态分配;采用现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array)构建了该架构的原型系统.结果表明,该架构能够为各个共享服务器提供良好的I/O操作性能.     

基于单根I/O虚拟化的多根I/O资源池化方法

虚拟化技术在为现代数据中心提供高效的服务器整合能力和灵活的应用部署能力的同时,也对数据中心服务器的I/O系统设计提出了新的需求,现有I/O资源与服务器紧密绑定的I/O体系架构将产生成本上升、资源冗余、I/O连线复杂化等一系列问题.针对上述问题,提出了一种基于单根I/O虚拟化协议(single root I/O virtualization,SR-IOV)的多根I/O资源池化方法:基于硬件的多根域间地址和ID映射机制,实现了多个物理服务器对同一 I/O设备的共享复用,有效减少单体服务器所需的设备数量和连线数量,并进一步提高服务器密度;同时提出虚拟I/O设备热插拔技术和多根共享管理机制,实现了虚拟I/O资源在服务器间的实时动态分配,提高资源的利用效率.提出的方法在可编程逻辑器件(fieid-programmable gate array,FPGA)原型系统中进行了验证,其评测表明,方法能够在实现多根I/O虚拟化共享的同时,保证各个根节点服务器获得近乎本地直连设备的I/O性能.     

龙芯2E多处理器芯片组的设计与实现*

提出了一种面向高性能计算机的多处理器芯片组的设计,其主要特点是支持多处理器通过芯片组和交换芯片两级互连,全局地址空间和多处理器同步支持。给出了芯片组的组成结构、设计原则和关键技术,设计并实现了基于龙芯2E处理器的多处理器芯片组。目前,已采用FPGA平台对该芯片组进行验证和测试,以该芯片组为核心的四处理器原型系统完成B IOS引导和操作系统运行,经过实测处理器的访问请求通过芯片组延迟小于0.5μs,芯片组内处理器通信带宽达到500 Mbps。