高階互連網絡中路由器交換結構及互連拓撲結構研究.pdf

1、當前高性能計算機正在邁向EFLOPS時代，高性能互連網絡是高性能計算機中的重要基礎設施，面臨更多的設計挑戰(zhàn)。隨著芯片設計工藝技術的進步，尤其是串行傳輸技術的快速發(fā)展，高性能互連網絡向高階網絡方向發(fā)展，單個交換芯片中集成的端口越來越多。高階網絡在減小網絡直徑，降低網絡延遲，提高網絡性能和可靠性，減小網絡構建成本等方面較傳統(tǒng)的低階網絡具有顯著優(yōu)勢。
　　高階網絡的核心是高階路由器。當路由器中集成更多網絡端口時，利用有限的片上設計資源，

2、實現(xiàn)高吞吐率、可擴展、邏輯設計和物理設計規(guī)整的交換結構是高階路由器設計中面臨的主要困難。本文給出了兩種高吞吐率交換結構實現(xiàn)方法。第一種為基于非對稱交叉開關的交換結構。在非對稱交叉開關中，當輸入端口數遠小于輸出端口數時，輸入端口間發(fā)生競爭沖突的概率大為減小，從而可以獲得很高的吞吐率。文中對非對稱交叉開關的有效吞吐率進行了詳細的理論分析和模擬驗證，給出了基于非對稱交叉開關交換網絡的結構化實現(xiàn)方案。第二種為基于二分交叉開關的交換結構。在交叉開

3、關中，當輸入端口的輸入概率降低時，相應地端口間發(fā)生競爭沖突的概率也會降低，從而可以獲得較高的相對吞吐率，當交叉開關的端口輸入概率降低至其飽和吞吐率以下時，可以獲得100％的相對吞吐率。文中給出了一種低資源消耗的二分交叉開關交換結構實現(xiàn)方案ADPC，該交換結構可以獲得100％的吞吐率，且較YARC結構顯著節(jié)省資源。
　　高階路由器為設計更為高效的互連網絡拓撲結構提供了更多的可能性。文中對當前的高階網絡拓撲結構進行了深入分析，在K-A