一种基于可配置的多处理器计算机系统及实现方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于可配置的多处理器计算机系统及实现方法，涉及计算机体系结构技术领域，该系统包括通用计算单元、高性能网络通信接口、基于PCIe的融合互连控制器、I/O单元；其中所述通用计算单元通过所述高性能网络接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过标准的PCIe接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过所述基于PCIe的融合互连控制器被多个所述通用计算单元共享。本发明专利技术在高效互连的可配置的多处理器计算机系统架构中，实现了根据应用需要配置通用计算单元、加速计算单元、网络设备、高速存储等的数量和工作模式，进而可以构造优化的系统，达到最优的性能功耗比和性能价格比。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可配置的多处理器计算机系统及实现方法
本专利技术涉及计算机体系结构
，特别涉及一种基于可配置的多处理器计算机系统及实现方法。
技术介绍
高性能计算已经成为基础科学研究、国民经济发展、国防科技建设等领域的重要辅助手段，其在各个行业的普及应用，正在改变着行业的传统研发模式，同时也反向推动普及型高性能计算机的发展。因此，高性能计算机系统的发展可以分为两个方向，一个是面向E级应用的可扩展计算机系统；另一个方向是面向应用需求定制的高效专用型计算机系统。目前，尽管通用处理器的计算能力不断提高，单处理器的浮点计算能力已经接近1TFlops，可适用于大多数科学计算和数据处理的应用场景，但对于某些应用，其应用效率不高，甚至低于其峰值性能的5％，由此带来巨大的能耗浪费。因此近年来出现了多种面向特定应用领域的计算加速部件，如GPGPU、XeonPhi、FPGA等，这些计算加速部件大多根据应用特征来优化其体系结构，因此既达到了较高的峰值计算能力，同时又可以提高特定应用的计算效率，进而实现了很高的性能功耗比和性能价格比。在多处理器计算机系统的构成上，目前的主流结构是采用计算单元通过互连网络连接。其中的计算单元一般由通用处理器、或者通用处理器连接计算加速部件组成，对于具有计算加速部件的计算单元，计算加速部件只能被与其直接连接的通用处理器管理和使用；互连网络一般是Infiniband网络、以太网、或其他高性能网络。上述结构的多处理器计算机系统存在两方面的不足：一方面计算加速部件与通用处理器紧耦合，部件的利用率不高，如果系统中的其他通用处理器需要使用计算加速部件，必须把数据传递到与加速部件相连的通用处理器，再转发到计算加速部件，由此会带来额外的通信开销，降低系统性能；另一方面，无论是Infiniband、以太网或其他高性能网络，都有附加的网络协议开销，计算单元处理这些网络协议时，需要一定的协议处理时间，因此会增加通信延迟，进而降低整个多处理器计算机系统的性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于可配置的多处理器计算机架构及实现方法。本专利技术提出一种基于可配置的多处理器计算机系统，包括：通用计算单元、高性能网络通信接口、基于PCIe的融合互连控制器、I/O单元；其中所述通用计算单元通过所述高性能网络接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过标准的PCIe接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过所述基于PCIe的融合互连控制器被多个所述通用计算单元共享。所述基于PCIe的融合互连控制器，用于解除所述通用计算单元与所述I/O单元之间的紧密绑定，其中所述基于PCIe的融合互连控制器由PCIe网络接口与融合互连交换机组成；每个所述PCIe网络接口为可配置的接口模块，包含四种功能模块：高性能网络接口控制器、上游P2P桥、下游P2P桥以及多根I/O虚拟化引擎，所述PCIe网络接口支持两种工作模式：Host模式，用于连接计算单元，I/O模式用于连接I/O单元。所述通用计算单元运行的应用程序调用网络通信接口实现数据的收发，所述网络通信接口间通过所述基于PCIe的融合互连控制器相互连接。所述网络通信接口由软件层次的通信运行时环境与硬件层次的网络接口控制器协同实现。根据需求设置所述通用计算单元、所述高性能网络通信接口、所述基于PCIe的融合互连控制器、所述I/O单元的数量。本专利技术还提出一种基于可配置的多处理器计算机实现方法，包括：设置通用计算单元、高性能网络通信接口、基于PCIe的融合互连控制器、I/O单元；其中将所述通用计算单元通过所述高性能网络接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，将所述I/O单元通过标准的PCIe接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，将所述I/O单元通过所述基于PCIe的融合互连控制器被多个所述通用计算单元共享。通过所述基于PCIe的融合互连控制器解除所述通用计算单元与所述I/O单元之间的紧密绑定，其中所述基于PCIe的融合互连控制器由PCIe网络接口与融合互连交换机组成；每个所述PCIe网络接口为可配置的接口模块，包含四种功能模块：高性能网络接口控制器、上游P2P桥、下游P2P桥以及多根I/O虚拟化引擎，所述PCIe网络接口支持两种工作模式：Host模式，用于连接计算单元，I/O模式用于连接I/O单元。所述通用计算单元运行的应用程序调用网络通信接口实现数据的收发，所述网络通信接口间通过所述基于PCIe的融合互连控制器相互连接。所述网络通信接口由软件层次的通信运行时环境与硬件层次的网络接口控制器协同实现。根据需求设置所述通用计算单元、所述高性能网络通信接口、所述基于PCIe的融合互连控制器、所述I/O单元的数量。由以上方案可知，本专利技术的优点在于：本专利技术在基于PCIe融合互连控制器互连的可配置的多处理器计算机系统架构中，实现了根据应用需要配置通用计算单元、加速计算单元、网络设备、高速存储等的数量和工作模式，进而可以构造优化的系统，达到最优的性能功耗比和性能价格比。具有以下特征：一是通过基于PCIe互连的解耦合系统架构实现了包含多个通用处理器、I/O单元的高性能计算机，同时支持根据用户特定应用需求扩展所需的计算加速、存储加速或者图形加速部件，具有灵活的配置方式；二是采用最少的通信协议层次和高性能网络通信接口技术，实现了多个计算单元之间的高性能用户级通信；三是虚拟化共享技术，实现直接I/O虚拟化，通过多个计算单元共享I/O部件(包括加速器)，可以平衡通用计算单元对I/O部件的动态需求，减少I/O部件的数量，提高I/O资源利用率的同时降低多处理器计算机系统的整体功耗和成本。附图说明图1为本专利技术可配置多处理器计算机系统一个实施例的示意图；图2为基于PCIe的融合互连控制器一个实施例的架构框图；图3为网络化的计算单元之间互连通信系统示意图；图4为多个根单元共享一个I/O示意图；图5为基于ID标记法的多根PCIe交换示意图；图6为基于ID标记法的主机互连示意图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案更加清楚明白，下面给出本专利技术的具体实施方式，结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，本专利技术具体实施方式图中是仅显示与本专利技术有关的部件而非按照实际实施时的部件数目、形状及尺寸，本专利技术还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书的各项细节也可以在没有背离本专利技术精神下进行各种修饰或者改变。在本专利技术申请人的授权专利“CN103117929A”，名称为“一种基于PCIe数据交换的通信方法及系统”的中国专利技术专利中，公开了一种基于PCIe数据交换的通信方法及系统，该方法包括：启动PCIe交换机，并对与所述PCIe交换机进行通信的处理机和PCIe终端进行PCIe的设备搜索和配置；所述处理机或PCIe终端根据路由信息向所述PCIe交换机端口发送PCIe读写请求，所述端口使用兼容标准PCIe链路层协议的包格式和兼容标准PCIe路由的可扩展路由方式，将所述PCIe读写请求构造为数据包，并将其发送至对应端口；所述对应端口将所述数据包还原为PCIe读写请求，并将其发送至处理机或PCIe终端。其实现了一种PCIe数据交换技术，解除PCI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可配置的多处理器计算机系统，其特征在于，包括：通用计算单元、高性能网络通信接口、基于PCIe的融合互连控制器、I/O单元；其中所述通用计算单元通过所述高性能网络接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过标准的PCIe接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过所述基于PCIe的融合互连控制器被多个所述通用计算单元共享。

【技术特征摘要】
1.一种基于可配置的多处理器计算机系统，其特征在于，包括：通用计算单元、高性能网络通信接口、基于PCIe的融合互连控制器、I/O单元；其中所述通用计算单元通过所述高性能网络接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过标准的PCIe接口接入所述基于PCIe的融合互连控制器，所述I/O单元通过所述基于PCIe的融合互连控制器被多个所述通用计算单元共享。2.如权利要求1所述的基于可配置的多处理器计算机系统，其特征在于，所述基于PCIe的融合互连控制器，用于解除所述通用计算单元与所述I/O单元之间的紧密绑定，其中所述基于PCIe的融合互连控制器由PCIe网络接口与融合互连交换机组成；每个所述PCIe网络接口为可配置的接口模块，包含四种功能模块：高性能网络接口控制器、上游P2P桥、下游P2P桥以及多根I/O虚拟化引擎，所述PCIe网络接口支持两种工作模式：Host模式，用于连接计算单元，I/O模式用于连接I/O单元。3.如权利要求1所述的基于可配置的多处理器计算机系统，其特征在于，所述通用计算单元运行的应用程序调用网络通信接口实现数据的收发，所述网络通信接口间通过所述基于PCIe的融合互连控制器相互连接。4.如权利要求3所述的基于可配置的多处理器计算机系统，其特征在于，所述网络通信接口由软件层次的通信运行时环境与硬件层次的网络接口控制器协同实现。5.如权利要求1所述的基于可配置的多处理器计算机系统，其特征在于，根据需求设置所述通用计算单元、所述高性能网络通信接口、所述基于PCIe的融合互连控制器、所述I/O单元的数量。6.一种基于可...

【专利技术属性】
技术研发人员：安学军，孙凝晖，王展，吴冬冬，安仲奇，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，中国科学院国有资产经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11