高维度Torus网络架构及自适应路由方法技术

本发明专利技术提供一种高维度Torus网络架构及自适应路由方法，高维度Torus网络架构包括：由低维到高维依次排列的多单元维度；多单元维度包括k

【技术实现步骤摘要】
高维度Torus网络架构及自适应路由方法
[0001]本申请是名为《高维度Torus网络架构及自适应路由方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年05月15日，申请号为201910408017.3。


[0002]本专利技术涉及分布式计算
，特别是涉及一种高维度Torus网络架构及自适应路由方法。

技术介绍

[0003]互连网络(Interconnection Networks)是一种总线技术，其突破了由于电气限制而达到的性能极限，成为解决现代数字系统的系统级通信问题的通用方案。互连网络是影响整个多处理器系统的性能和扩展性的重要模块，目前，如何在现有技术基础上，为互连网络的处理节点之间的提供低延迟、高效率的通信成为互连网络亟待解决的关键问题。
[0004]互连网络主要由三个要素来描述：拓扑结构、交换机制和路由方法。高性能互连是搭建超级计算机的核心技术。高性能互连主要从两方向发展：(1)低度网络，每个计算节点(或处理器)的度数较低，主要有低维度Torus网络；如Cray Titan的Gemini互连，节点度数为8；IBM Blue/Gene L及P，节点度数为6；(2)高阶网络(High
‑
Radix)，主要有胖树，Dragonfly网络等。其中，低度网络的特点是：每个物理通道的吞吐率高，但每个节点的交换机设计简单且网络直径高；高阶网络的特点是网络的直径低，但交换机设计复杂且每个物理通道的吞吐率相对较低。
[0005]Torus网络是一种互连网络，其为完全对称的拓扑结构，具有很多优良特性，比如所有节点度相同，结构简单，路径多以及可扩展性好等，因此被广泛应用于商用系统中。Torus网络中的路由方法性能仍然有待提高；而且等分带宽偏低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高维度Torus网络架构及自适应路由方法，可提高系统性能，解决现有技术中在Torus网络中的路由方法普遍存在效率低，等分带宽低的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]一种高维度Torus网络架构，所述高维度Torus网络架构包括：
[0009]由低维到高维依次排列的多单元维度；其中，多单元维度包括k
n
个计算单元，k
n
个计算单元的节点坐标分别为k0，k1，
……
，k
n
‑1；k
n
个计算单元按照0、1、...、k
i
‑
1顺次连接形成闭环；k
n
为大于或等于2的正整数，i代表维度的数量；
[0010]所述多单元维度在进行路由选择时，所传输的数据包的当前节点坐标c
i
与目标节点坐标d
i
不相等时，对应i＝0到n
‑
1：
[0011]若d
i
‑
c
i
>k
i
/2或
‑
k
i
/2≤d
i
‑
c
i
<0，则向第i维的负方向选择下一计算单元作为路由节点；
[0012]若0<d
i
‑
c
i
<k
i
/2或d
i
‑
c
i
<
‑
k
i
/2，则沿着第i维的正方向选择下一计算单元作为路由
节点；
[0013]其中，所述下一计算单元选择路由节点时满足流控技术设置的预设安全要求；预设安全要求为：若所述下一计算单元包括f个空闲虚拟通道以及s个安全虚拟通道，则：若f>1，或f＝1且s≥1，或f＝1且s＝0且从当前计算单元到下一计算单元遵循p*
‑
cube方法，则所述下一计算单元作为路由节点。
[0014]可选地，所述高维度Torus网络架构的维度大于等于2。
[0015]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下技术方案：
[0016]一种自适应路由方法，应用于上述高维度Torus网络架构，所述自适应路由方法包括：
[0017]步骤一，在n维度Torus网络架构中，设数据包路由时，当前节点的坐标为C(c0，c1，...，c
i
，
…
，c
n
‑1)，目的节点坐标为D(d0，d1，
…
，d
i
，
…
，d
n
‑1)，空闲快速缓存buffer的数目f为(f0+，f0‑
，f1+，f1‑
，...，f
i
+，f
i
‑
，
…
，f
n
‑1+，f
n
‑1‑
)，安全数据包数目S为(s0+，s0‑
，s1+，s1‑
，...，s
i
+，s
i
‑
，
…
，s
n
‑1+，s
n
‑1‑
)；
[0018]其中，c
i
表示消息当前所在节点在第i维上的坐标，d
i
表示消息目的节点在第i维上的坐标，f
i
+、f
i
‑
分别表示当前节点C在第i维正、负方向上的相邻节点的输入端口中空闲虚拟通道的数目，s
i
+、s
i
‑
分别表示当前节点C在第i维正方向、负方向上的相邻节点的输入端口中安全虚拟通道的数目；
[0019]步骤二，如果数据包当前所在节点坐标C与目的节点坐标D相等，则数据包已经到达目的节点，路由结束；
[0020]步骤三，如果数据包当前所在节点坐标C与目的节点坐标D不相等，则从维度i＝0到维度i＝n
‑
1，依次执行以下操作：
[0021]若维度i的计算节点数为3，若d
i
‑
c
i
<0且|d
i
‑
c
i
|＝1，则CH＝CH∪{ch
i
‑
}；CH为数据包的可选输出通道集合，初始值为空集Φ；若d
i
‑
c
i
<0且|d
i
‑
c
i
|＝2，则CH＝CH∪{ch
i
+}；若d
i
‑
c
i
>0且|d
i
‑
c
i
|＝1，则CH＝CH∪{ch
i
+}；若d
i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高维度Torus网络架构，其特征在于，所述高维度Torus网络架构包括：由低维到高维依次排列的多单元维度；其中，多单元维度包括k
n
个计算单元，k
n
个计算单元的节点坐标分别为k0，k1，
……
，k
n
‑1；k
n
个计算单元按照0、1、...、k
i
‑
1顺次连接形成闭环；k
n
为大于或等于2的正整数，i代表维度的数量；所述多单元维度在进行路由选择时，所传输的数据包的当前节点坐标c
i
与目标节点坐标d
i
不相等时，对应i＝0到n
‑
1：若d
i
‑
c
i
>k
i
/2或
‑
k
i
/2≤d
i
‑
c
i
<0，则向第i维的负方向选择下一计算单元作为路由节点；若0<d
i
‑
c
i
<k
i
/2或d
i
‑
c
i
<
‑
k
i
/2，则沿着第i维的正方向选择下一计算单元作为路由节点；其中，所述下一计算单元选择路由节点时满足流控技术设置的预设安全要求；预设安全要求为：若所述下一计算单元包括f个空闲虚拟通道以及s个安全虚拟通道，则：若f>1，或f＝1且s≥1，或f＝1且s＝0且从当前计算单元到下一计算单元遵循p*
‑
cube方法，则所述下一计算单元作为路由节点。2.根据权利要求1所述的高维度Torus网络架构，其特征在于，所述高维度Torus网络架构的维度大于等于2。3.一种自适应路由方法，应用于如权利要求1至2中任一项所述的高维度Torus网络架构，其特征在于，所述自适应路由方法包括：步骤一，在n维度Torus网络架构中，设数据包路由时，当前节点的坐标为C(c0，c1，...，c
i
，
…
，c
n
‑1)，目的节点坐标为D(d0，d1，
…
，d
i
，
…
，d
n
‑1)，空闲快速缓存buffer的数目f为(f0+，f0‑
，f1+，f1‑
，...，f
i
+，f
i
‑
，
…
，f
n
‑1+，f
n
‑1‑
)，安全数据包数目S为(s0+，s0‑
，s1+，s1‑
，...，s
i
+，s
i
‑
，
…
，s
n
‑1+，s
n
‑1‑
)；其中，c
i
表示消息当前所在节点在第i维上的坐标，d
i
表示消息目的节点在第i维上的坐标，f
i
+、f
i
‑
分别表示当前节点C在第i维正、负方向上的相邻节点的输入端口中空闲虚拟通道的数目，s
i
+、s
i
‑
分别表示当前节点C在第i维正方向、负方向上的相邻节点的输入端口中安全虚拟通道的数目；步骤二，如果数据包当前所在节点坐标C与目的节点坐标D相等，则数据包已经到达目的节点，路由结束；步骤三，如果数据包当前所在节点坐标C与目的节点坐标D不相等，则从维度i＝0到维度i＝n
‑
1，依次执行以下操作：若维度i的计算节点数为3，若d
i
‑
c
i
<0且|d
i
‑
c
i
|＝1，则CH＝CH∪{ch
i
‑
}；CH为数据包的可选输出通道集合，初始值为空集Φ；若d
i
‑
c
i
<0且|d
i
‑
c
i
|＝2，则CH＝CH∪{ch
i
+}；若d
i
‑
c
i
>0且|d
i
‑
c
i
|＝1，则CH＝CH∪{ch
i
+}；若d
i
‑
c
i
>0且|d
i
‑
c
i
|＝2，则CH＝CH∪{ch
i
‑
}；若维度i的计算节点数为4，若d
i
‑
c
i
<0且|d
i
‑
c
i
|≤2，则CH＝CH∪{ch

【专利技术属性】
技术研发人员：向东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：