HPC中光互连网络体系结构的研究

摘要

随着对计算机速度要求的不断提高，大规模并行计算机系统中的计算节点数不断增加，传统的电互连网络产生了一系列的问题，如带宽低，延迟高，能耗高等。本文首先分析了电互连网络的不足以及光互连网络所具有的优势，然后在研究并消化目前已经提出的一些光互连网络体系结构的基础上，将光环和Torus结合，提出了可扩展性非常好的基于光环和Torus的体系结构（RTOIN），以及分层的光环体系结构（LROIN），并与其它光互连网络进行了对比和模拟仿真。模拟结果显示RTOIN网络具有良好的性能。最后对提出的RTOIN网络给出物理实现方法及其所需的组件。 基于光环和Torus的网络结构RTOIN结合了光环和Torus的各自优点。因为利用了光的WDM（波分复用）特性，在每个光环中，任意两个节点之间只有一跳，这从某种程度上降低了网络的延迟。Torus则使RTOIN网络具有较好的物理属性，如恒定的节点度，网络直径小，易于扩展等。在RTOIN网络结构中采用了WDM和TDM（时分复用），并详细描述了波长的分配方案，从而保证了该网络结构是一个严格无阻塞的网络。通过与其他比较流行的网络结构的比较，表明该结构具有良好的物理属性。然后，对组成该网络的计算节点，交换节点等组件的结构进行了描述。最后，通过试验模拟证明RTOIN网络结构具有很好的网络延迟。 同RTOIN网络一样，分层网络LROIN也是基于光环的。使用分层的结构，一方面可以在不同的光环内和不同的层上重复利用波长；另一方面，该结构有利于系统规模的扩展。与其他一些网络结构的比较表明，在某些属性上具有良好的特性，如，节点度，网络直径，平均消息距离等。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究的价值与意义

1.2 HPC中的电互连

1.2.1 技术限制

1.2.2体系结构限制

1.3 HPC中的光互连

1.3.1光互连网络拓扑结构

1.3.2 主要贡献

1.3.3 目前国内外研究现状

1.3.4光互连技术展望

1.4 论文组织结构

第二章 RTOIN体系结构

2.1 体系结构概述

2.2 拓扑

2.2.1 计算节点

2.2.2交换节点

2.3 波长分配

2.3.1 本地通讯波长分配

2.3.2远程通讯波长分配

2.4 消息路由

2.4.1 本地通讯

2.4.2远程通讯

2.4.3多路访问协议

2.5路径多样性

2.6 互连属性

2.6.1 节点度

2.6.2 网络直径

2.6.3对分宽度

2.6.4平均消息距离

2.7 与其他网络的比较

2.8 结论

第三章LROIN体系结构

3.1 体系结构概述

3.2 拓扑

3.2.1 计算节点

3.2.2 交换节点

3.3 波长分配

3.3.1 本地通信波长分配

3.3.2远程通信波长分配

3.4 消息路由

3.4.1 本地通信

3.4.2远程通信

3.4.3多路访问协议

3.5路径多样性

3.6 互连属性

3.6.1 节点度

3.6.2 网络直径

3.6.3对分宽度

3.6.4平均消息距离

3.7 与其他网络的比较

3.8 结论

第四章 RTOIN光设计方法与性能评估

4.1 结构设计

4.2 模拟方法

4.2.1光包模拟及设置

4.3 性能评估

4.3.1 延迟

4.4 结论

第五章 结束语

5.1 主要贡献

5.2 未来工作

5.3 总结

致谢

参考文献

作者在读期间发表的论文