基于全互连单元程控直通的计算机系统

在基于全互连单元的大规模并行处理系统中，引入可程控的结点间直通通信概念，相对于存储转发、虚拟旁通、蛀孔寻径和线路交换，系统性能均有进一步提高。本文就基于全互连单元程控直通的计算机系统，对其加速比、效率、延迟时间和频带等系统性能参数进行了研究。结果表明，在大规模并行处理系统中，基于全互连单元的程控直通是极具吸引力的结点间通信技术。     

基于程控SP2开关直通的计算机系统

在用ＳＰ２开关进行结点间互连的大规模并行处理系统中,引入可程控的结点间直接通信概念,相对于存储转发,虚拟旁通,蛀孔寻径和线路交换,系统性能均有进一步提高,文中对基于程控ＳＰ２开关直通的计算机系统之加速比,效率,延迟时间和使用频带等系统性能参数进行了研究,结果表明,在大规模并行处理系统中,程控ＳＰ２开关直通是极具吸收力的结点间通信技术。     

全互连立方体网络的并行处理系统中的应用

提出一种应用于大规模并行处理系统的结点度等于常数的递归多级分层互连网络,称为全互连立方体网络（fully connected cubic network,FCCN）。FCCN具有可扩展性好、延伸性能好等优点,一个m-FCCN可以由8个（m－1）－FCCN递归得到,FCCN网络的结点度与网络的规模大小无关等于常数4,网络的直径和平均结点距离都与结点数的立方根成正比,提出FCCN中的简单路由算法,并将FCCN互连网络结构在大规模光电混合处理系统中进行应用,通过实际计算结果证明FCCN具有比较高的并行处理效率。     

全互连立方体网络在并行处理系统中的应用

提出一种应用于大规模并行处理系统的结点度等于常数的递归多级分层互连网络 ,称为全互连立方体网络 (fully connected cubic network,FCCN) .FCCN具有可扩展性好、延伸性能好等优点 .一个 m- FCCN可以由 8个(m - 1) - FCCN递归得到 ,FCCN网络的结点度与网络的规模大小无关等于常数 4,网络的直径和平均结点距离都与结点数的立方根成正比 .提出 FCCN中的简单路由算法 .并将 FCCN互连网络结构在大规模光电混合处理系统中进行应用 ,通过实际计算结果证明 FCCN具有比较高的并行处理效率     

基于星形互连网络的并行快速傅立叶变换算法

星形互连网络是一种易于实现大规模并行计算的互连网络拓扑结构。利用星形互连网络的递归可分解性的多样性，提出了一种基于星形互连网络的并行快速傅立叶变换算法的实现方法。该方法能够有效地减少计算过程中处理器结点之间的通信开销。提出的星图结点和数据的映射应运 及实现并行FFT的思想可推广到线性方程组求解、矩阵乘法等其它并行算法在星形互连网络上的实现。     

MPD：结点具有多个并行缓存一致性域的CC-NUMA系统

大规模高速缓存一致性非均匀存储访问(cache coherence non-uniform memory access, CC-NUMA)系统通常采用两级一致性域方法来降低缓存一致性协议维护开销,提升系统性能.两级一致性域系统中,多个处理器互连,形成结点内一致性域;多个结点互连,形成结点间一致性域.然而,受限于处理器直连能力与处理器可识别ID数,系统的单结点规模有限,系统规模的扩展不得不依靠增加结点数来实现,使得大规模CC-NUMA系统的结点间互连复杂度上升,跨结点访问带宽和延迟急剧增长,影响了系统性能的有效扩展.MPD系统通过在结点内构建多个并行缓存一致性域,突破了处理器直连能力与可识别ID数对单结点规模的限制,能够大幅减少结点数量,并将部分结点间访问转化为结点内访问,实现系统性能的有效扩展.理论分析和实验结果表明:采用同规格处理器的32路系统中,结点内4个并行缓存一致性域的MPD系统可实现结点数目减少75%、一致性目录存储开销节省40%以上、平均访问延迟降低约27.9%、系统整体性能提升约14.4%.     

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。     

一种面向高性能计算的多FPGA互连结构及划分方法

针对高性能计算系统在大规模通信互连中面临的性能、成本及功耗等问题,融合新兴的高速互连技术,结合大规模、超大规模系统通信的局部性和异构性,提出基于多FPGA的混合层级高速互连结构,并给出基于集群的多FPGA逻辑功能划分方法。该方法能够根据不同应用自定义设计高效互连网络,降低大规模计算系统的互连成本和开销。通过应用实例实验证明,该方法能够实现大规模设计向多FPGA高性能计算平台的快速映射,加速高性能可配置计算系统的设计实现。     

大规模并行处理系统互连通信的新技术研究

本文综述了大规模并行处理系统研究了工作的概况，指出其研究热点和关键技术是实现高效的互连通信。文中重点介绍了该领域的研究内容：结点结构、网络接口、切换技术，拓扑结构，路由算法，通信机制，通信协议，计算模型等。     

基于SMP结点的多重通信协议研究与实现

针对设计CLUMPS上的机群通信协议方面的问题进行了深入的研究,给出了一个基于SMP结点的机群系统的多重通信协议结构及其协议模型、协议通信策略实现。最后对节点内部多重协议通信和传统的TCP／IP协议通信进行了比较,并给出了实验数据。多重通信协议系统能够充分地利用SMP结点的特性,对于不同互连结构的计算单元间采用不同的通信模式,从而有效地提高系统通信硬件的利用率,提高系统的总体性能。     

一种新的基于预约的拥塞避免机制

由于高速互连网络上的负载不均衡,一些网络结点成为了热点,可能导致部分结点或是链路拥塞,这会极大地降低互连网络的性能。现有的基于预约的拥塞避免技术SRP可以进行主动的拥塞避免,极大地缓解了由于热点问题所带来的负面效应。但是,在热点模式下,其它非热点结点的路由器资源绝大多数处于空闲状态,为了进一步充分利用互连网络的资源,提升互连网络性能,提出了一种基于SRP改进的中间结点缓存技术IRP。IRP可以根据不同的拓扑,例如胖树,有效地利用热点的邻居结点的路由器资源,先利用胖树拓扑的多路径将报文发送给空闲路由器,一旦目的结点路由器可利用,则将缓存报文发送给目的结点,降低互连网络的延迟。     

高可靠性群体系统的通信和切换

本文讨论了高可靠性并行处理群体系统的通信互连网络及切换技术。首先介绍存储器通道，然后研究了基于该结构的一个四处理结点的高可靠性并行处理群机系统，并对通信及系统切换性能进行了分析。     

多级互连网络中的multicast通信

ＭＰＰ系统中的并行通信是目前并行处理研究的热点，改善并行通信性能，提高网络吞吐率是促进ＭＰＰ性能发挥的关键问题。ｍｕｌｔｉｃａｓｔ通信是区别于点到点通信的一对多通信方式，因而功能更强大，使用起来更灵活方便，在并行处理中应用十分广泛。文中以基于开关元件实现结点间动态互连的多级互连网络为背景，研究了ｍｕｌｔｉｃａｓｔ通信路上算法的效率。     

高可靠性群机系统的通信和切换

本文讨论高可靠性并行处理群机系统的通信互连网络及切换技术。首先介绍存储器通道，然后研究基于该结构的一个四处理结点的高可靠性并行处理群机系统，并对通信及系统切换性能进行了分析。     

一个高效完全自适应路由器的设计

路由器在大规模并行处理机（MPP）系统中对互连网络通信性能和系统性能的发挥起着关键作用。根据全自适应路由算法BNP设计框架,给出Mesh上一类基于BNP的全自适应路由算法BBFAM（thBNR-based fully adaptive algorithms on mesh);同时提出并采用动态优先级流控,“自由度”通道选择策略,设计了一个基于BNR,简洁,低代价的高效完全自适应路由器BFR（the BNR-based fully adaptive router),并采用Aletera CPLD器件构造了原型系统。     

基于Infiniband的大规模并行系统互连网络的建模与仿真

互连网络的数学建模在大规模并行系统的研究和设计中有重要的作用,而Infiniband网络是一种广泛运用于高性能计算机系统的互连网络标准。本文对基于Infiniband的互连网络进行了分析,建立了网络延时模型,并使用该模型分析了2D-mesh和m-portn-tree两种拓扑的互连网络特性。最后通过仿真对分析模型进行了测试和评价,仿真结果表明,该模型能够合理地反映互连网络的特性。     

一种高效全自适应路由算法的构造框架

路由算法在大规模并行处理机 (MPP)系统中对互连网络通信性能和系统性能的发挥起着关键作用 .深入分析消息在网络中寻径特性 ,提出“最佳寻径网 (BNR)”概念 ,根据 BNR构造全自适应路由算法设计框架 ,并给出一类 Mesh网络基于 BNR的全自适应路由算法 BBFAM的设计 .性能分析表明 ,BBFAM是一类高效全自适应路由算法 ,从而证明 BNR构造框架对网络设计人员确能提供有效的路由算法设计指导 .     

高性能光互连机群网络接口卡的设计与实现

由于网络环境的机群系统中单个结点的性能越来越高，机群互联网的通信带宽和可靠性成为提高系统性能的主要因素。该文提出了基于计算机DDR存储器接口的高性能光互连机群网络接口卡的结构，并在Xilinx公司的FPGA芯片XC2VP20上进行了实现，对高性能机群互连链路瓶颈问题的解决做了探索性的尝试。实际测试结果表明，DDR存储器接口带宽达到了1600MB／s，链路单通道的最高实测速率达到2．5Gb／s。     

并行XML数据库系统中数据分片策略的研究

数据分片策略是影响并行数据库系统性能的重要因素之一．着重探讨并行XML数据库系统中大规模XML文档的数据分片问题，提出与传统数据库分片策略不同的两种新的分片方法：基于路径模式的路径实例平衡法(PSPIB)和基于结点模式的结点轮循法(NSNRR)．前者的思想是析散DOM树中具有相同路径模式的路径实例，将其分配到不同站点；后者的思想是将DOM树中具有不同结点模式的元素结点以轮循方式析散到不同站点，而将具有相同结点模式的元素结点聚簇到同一站点．还介绍了这两种分片策略的实现，并给出了相应的基于RPE查询的性能测试、分析和评价．     

TriBA互联拓扑结构及其性能分析

基于计算局域性原理提出评价网络性能的底层全互联率,利用该指标对TriBA拓扑结构的直接互联网络在计算速度、物理布局 2个方面进行性能分析。结果表明,TriBA的底层全互连结构可降低网络复杂度、提高通信性能,对角线VLSI布局得到的功耗相比2D Mesh结构节省了11%,该功耗优势在大规模片上多核系统中尤为明显。