高階互連網(wǎng)絡(luò)中路由器交換結(jié)構(gòu)及互連拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究.pdf

1、當(dāng)前高性能計算機(jī)正在邁向EFLOPS時代，高性能互連網(wǎng)絡(luò)是高性能計算機(jī)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，面臨更多的設(shè)計挑戰(zhàn)。隨著芯片設(shè)計工藝技術(shù)的進(jìn)步，尤其是串行傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，高性能互連網(wǎng)絡(luò)向高階網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展，單個交換芯片中集成的端口越來越多。高階網(wǎng)絡(luò)在減小網(wǎng)絡(luò)直徑，降低網(wǎng)絡(luò)延遲，提高網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性，減小網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本等方面較傳統(tǒng)的低階網(wǎng)絡(luò)具有顯著優(yōu)勢。
　　高階網(wǎng)絡(luò)的核心是高階路由器。當(dāng)路由器中集成更多網(wǎng)絡(luò)端口時，利用有限的片上設(shè)計資源，

2、實現(xiàn)高吞吐率、可擴(kuò)展、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計規(guī)整的交換結(jié)構(gòu)是高階路由器設(shè)計中面臨的主要困難。本文給出了兩種高吞吐率交換結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法。第一種為基于非對稱交叉開關(guān)的交換結(jié)構(gòu)。在非對稱交叉開關(guān)中，當(dāng)輸入端口數(shù)遠(yuǎn)小于輸出端口數(shù)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(guān)的有效吞吐率進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和模擬驗證，給出了基于非對稱交叉開關(guān)交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化實現(xiàn)方案。第二種為基于二分交叉開關(guān)的交換結(jié)構(gòu)。在交叉開

3、關(guān)中，當(dāng)輸入端口的輸入概率降低時，相應(yīng)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(dāng)交叉開關(guān)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(guān)交換結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方案ADPC，該交換結(jié)構(gòu)可以獲得100％的吞吐率，且較YARC結(jié)構(gòu)顯著節(jié)省資源。
　　高階路由器為設(shè)計更為高效的互連網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供了更多的可能性。文中對當(dāng)前的高階網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，在K-A