分级环片上网络互连

在大规模、超大规模片上互连网络中,因为二维互连方式的性能较差而使多维互连方式成为可选方案之一.文中首先基于区域划分设计了一种分级环互连结构,分析了其静态互连特性,然后基于卡诺图编码设计了一种分级环互连的路由结构以及寻径方法,在均匀通信模式测试了不同的分级环级联链路缓冲区设置方法下网络的性能,详细分析了按照等比序列设置分级环级联链路缓冲区时分级环互连方式的动态网络特性,最后根据互连性能与Mesh等二维片上互连方式比较的结果,给出了分级环互连方式的使用场合.实验结果表明,虽然在较小规模网络中性能较差,但是分级环互连方式能以较低的成本、较高的性能实现大规模、超大规模片上网络的互连,其中单环分级互连方式在较低网络负载下综合性能更好,而双环分级互连方式则具有更大的网络负载能力,在较高网络负载下性能更好.     

通过器件共享实现的双向无阻塞光互连片上网络

在片上网络NoC( Network-on-Chip)中,通过光通信取代传统的电信号传精来获得低延时、低功耗成为一种新兴的研究方向—光五连片上网络ONoC(Optical Network-on-Chip)本文提出一种全新的双向传输的波长路由片上网络,这种新的结构对调制好的光信号的波长进行判断来实现在网络节点之间的路由,同时还能够通过器件和传输通道的共享实现数据的双向传输.和传统的电信号传输网络相比,本文提出的双向传输结构减少了50％的硬件开销和70％的芯片面积开销,提高了器件利用率,降低了网络传输延时,极大地提高了网络传精性能,对于光互连片上网络具有重要意义.     

片上二维网络互连性能分析

片上互连网络已日益成为影响片上多处理器性能的重要因素之一.几乎所有的互连结构均是在二维网络的基础上演变发展而来的.首先分析了几种常见的内部结点度均为4的二维网络的静态特性,提出了一种新的二维片上网络互连路由结构和通信协议,基于全局均匀随机通信模型,通过改变网络规模和变换通信强度,分析了不同结构网络的动态特性,然后用链接数表示通信成本,提出了一种新的网络互连综合性能评估指标网络单位成本延迟负载能力,最后对二维网络片上互连的综合性能进行了对比分析,指出了其各自适用的场合.     

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。     

NoC节点编码及路由算法的研究

NoC的设计和实现受到芯片的面积、功耗、深亚微米效应的限制.将拓扑结构和节点编码相结合,提出一种基于约翰逊码的二维平面编码.该编码隐含了Torus网络拓扑结构以及网络节点之间的连接关系并且有很好的扩展性,能够简化Torus拓扑结构上路由算法的实现和降低硬件成本.基于此编码和利用X-Y路由的路由确定性特点,提出改进X-Y路由,在中间节点只需要3或5个逻辑运算,降低路由的计算复杂性和硬件成本.最后,进行了节点结构设计.提出的编码不仅用于NoC的路由方面而且在NoC任务映射方面有重要应用.     

面向应用的NoC带宽感知路由技术

片上互连网络是片上通信问题的有效解决方案,但存在严重的资源限制。标准拓扑结构难以满足应用的流量需求,同时还导致大量功耗和面积的开销。适用于通用系统的NoC设计难以满足面向服务质量可预测的互连。给出一种面向应用的带宽感知路由技术,针对具体的应用,首先使用基于遗传算法的映射技术获得IP核到网络节点的最佳映射,然后通过带宽感知的路由算法为网络中的每条数据传输生成最短路由,并通过虚信道静态分配保证该路由是无死锁的。为了减少路由表的硬件开销,还结合使用了路由表压缩的方法。仿真结果表明,所提出的路由技术与现有的路由算法相比,具有更好的时延性能。     

基于对角互连网格拓扑结构的片上网络

对二维网格拓扑结构进行改进,给出对角互连的DMesh结构和对角互连且边界节点互连的DTorus结构,针对2种拓扑结构分别提出DXY路由算法和TDXY路由算法。仿真实验结果表明,DMesh和DTorus结构可以节省网络节点间的路由通道数,减少平均传输延迟,增加吞吐量,使路由路径更加多样化。     

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。     

片上网络关键技术研究

半导体技术的快速发展以及芯片上系统应用复杂度的不断增长,使得片上互连结构的吞吐量、功耗、延迟以及时钟同步等问题更加复杂,出现了将通信机制与计算资源分离的片上网络.片上网络设计涉及从物理层到应用层诸多方面的问题.本文给出片上网络设计的一些关键技术:设计流程、拓扑结构、路由技术、交换技术、性能评估;并指出目前研究存在的问题和今后的研究方向.     

一种基于虫洞交换的竞争预测路由算法

分析了基于虫洞交换技术的片上互连网络路由算法存在的一些问题:固定维序路由当出现竞争时,只能等待,直到链路空闲方可继续前进.热土豆路由在路由器从不等待,任意选择一个空闲的端口进行发送,但却有活锁问题.利用相邻路由节点之间提供的竞争感知信号,提出了一种竞争预测的自适应路由算法,并利用SystemC片上互连网络仿真实现该算法.实验表明,该路由算法的网络传输延时在竞争多发的情况下明显优于热土豆算法与传统的固定维序算法.     

超立方体双环互连网络及路由算法*

给出了一种可扩展的互连网络拓扑结构,称为超立方体双环。该互连网络拓扑结构结合了超立方体拓扑的短直径、高连通性、对称性、路由简单和一种新的双环拓扑结构的可扩展性和常数节点度的优点,使得网络规模增大时,网络节点度可以保持常数;网络节点采用格雷编码和约翰逊编码的混合编码方法,网络的任意相邻节点编码有且仅有一位不同,使得路由算法设计简单。最后分别设计了基于混合编码的单播、广播路由算法。分析表明提出的互连网络具有较好的拓扑性质和通信性能。     

FINA：一种基于交互的网络体系结构框架模型

网络发展到面向应用的阶段,传统面向系统互连的网络体系结构已经不能满足各种以高性能为评价指标的网络应用需求。通过研究计算机网络体系结构发展的历史,吸收了软件体系结构研究的成果,提出了一种基于交互的网络体系结构框架模型（FINA）,FINA从宏观网络分层结构、构件化框架模型、以及网络构件及其交互模板3个抽象级辊描述网络体系结构,既保留了传统网络对等层交互的开放互连结构,又引入了现代网络相邻层交互的可定制结构。通过运用FINA描述和分析了传统网络及可编程网络体系结构,说明了FINA适合于描述和评价过去以及现在具有灵活服务定制要求的高性能网络体系结构。     

浅谈分布式局域网的互连

随着网络技术的不断发展,一些大企业应用局域网技术互连成企业内部网。本文阐述了使用静态路由来完成分布式LAN的互连的过程,先设计网络拓扑结构图,规划IP地址分配,配置路由器,最后检测网络连通性。     

认知无线多跳网络与以太网互联网关

为实现L2认知无线网络与以太网的互联,提出一种网络互联架构。为实现L2认知无线多跳网络中无线节点的快速寻址,设计一种编址方法,其利用IP地址和组网地址表征该网络中的无线节点;在网关中设计一种地址映射方案,通过设置地址映射表解决传统无线多跳网络中因广播造成的严重网络冗余和开销问题;为验证网关系统的通信能力、对传感数据的采集和处理能力,构建“智慧园区微环境数据采集”平台对该系统的有效性进行了验证。     

基于InfiniBand的多链路mesh/torus大规模并行系统互连网络

在大规模并行系统中,系统级互连网络的设计至关重要.InfiniBand作为一种高性能交换式网络被广泛应用于大规模并行处理系统中.mesh/torus拓扑结构相较于目前普遍应用于InfiniBand网络的胖树拓扑结构拥有更好的性能与可扩展性.尽管如此,研究发现,用传统的mesh/torus拓扑结构构建InfiniBand互连网络存在诸多问题.分析了传统网络拓扑结构的缺陷,并提出了一种基于InfiniBand的多链路mesh/torus互连网络.这种改进型的拓扑结构通过充分利用交换机间的多链路可以获得比传统mesh/torus网络更高的带宽.另外,同时给出了与该网络拓扑结构相配套的高效路由算法.最后,通过网络仿真技术对提出的算法进行了评估,实验结果显示提出的路由算法相较于其他路由算法拥有更好的性能与可扩展性.     

神威E级原型机互连网络和消息机制

本文描述了神威E级原型机的互连网络和消息机制.神威E级原型机是继神威蓝光、神威?太湖之光之后神威家族的第三代计算机.该计算机作为一台E级计算机的原型机,峰值性能3.13PFlops,其最大的特色之一就是采用28Gbps传输技术,设计开发了新一代的神威高阶路由器和神威高性能网络接口两款芯片,在传统胖树的基础上,设计了双轨...     

基三分层互连网络和2-D Mesh的比较

多核处理器（multi—core processor）成为高性能处理器体系结构的研究发展方向，核间的连接方式对多核处理器性能的发挥起着重要作用。从降低节点度、减少网络链路数和缩短网络直径的角度出发，提出了一种用于片上核间互连的新型分层互连网络——基三分层互连网络（THIN），该网络拓扑简单，节点度数低，网络链路数相对较少，并具有明显的层次性和对称性以及良好的扩展性。深入比较了THIN和2-D Mesh的静态度量和无阻塞延迟，比较结果表明：在网络规模较小时，THIN比2-D Mesh更宜于用来构建片上核间的通信网络。     

基于Base-mn-Cube的路由算法

Ｂａｓｅ－ｎｍ－Ｃｕｂｅ是一种新型的ＭＰＰ互连网络，具有平均距离短，易实现等优点。     

Performance evaluation of mesh-based NoCs: Implementation of a new architecture and routing algorithm

This paper presents the result of experiments conducted in mesh networks on different routing algorithms, traffic generation schemes and switching schemes. A new network on chip (NoC) topology based on partial interconnection of mesh network is proposed and a routing algorithm supporting the proposed architecture is developed. The proposed architecture is similar to standard mesh networks, where four extra bidirectional channels are added which remove the congestion and hotspots compared to standard mesh networks with fewer channels. Significant improvement in delay (60% reduction) and throughput (60% increase) was observed using the proposed network and routing when compared with the ideal mesh networks. An increase in number of channels makes the switches expensive and could increase the area and power consumption. However, the proposed network can be useful in high speed applications with some compromise on area and power.     

面向超大规模计算系统的监控、调度及网络优化实践

【目的】为应对超大规模计算系统所带来的监控数据风暴、作业调度稳定性及灵活性、网络复杂度及高效性等实际挑战,本文分享了近期真实实践的经验和解决办法。【应用背景】当计算系统从P级逐渐向E级过渡,节点数量可超过10000个。在计算系统设计之初就需要确定网络拓扑的选型,而在系统的具体使用中更是离不开高效的调度和及时的监控。【方法】本文采用了基于动态负载均衡的分布式监控架构设计,基于高速缓存的分布式告警架构设计,基于SLURM的源码和配置优化,以及nd-Torus网络拓扑仿真对比等相关技术手段,基本满足了实际业务使用需求。【结果】数据表明,对于~10000节点的计算系统,实时告警数据库表的数据量大小基本可以控制在100万条以内。优化后的SLURM调度系统,可满足系统的业务级调度需求。网络方面,6D-Torus网络由于网络直径低、平均通信距离短,性能和网卡线缆用量较Fat-Tree网络和3D-Torus有一定提升,饱和吞吐率超过40%。【结论】分布式监控架构和告警架构可以有效解决监控数据风暴问题。SLURM在优化后可以实现对超大规模计算系统的作业调度功能。就线缆和交换机使用数量而言,6D-Torus相对于传统Fat-Tree网络更加经济,且性能优于3D-Torus,更适合超大规模计算系统。