用蛀洞路由器st_c104構(gòu)造全互連多機并行系統(tǒng)

摘 要： 采用蛀洞路由機制是新型多計算機并行系統(tǒng)的重要特征，介紹用蛀洞路由器st＿c104構(gòu)造全互連多機并行系統(tǒng)的方法并給出構(gòu)造實例，證明它具有并行效率高、通信速度快、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變、擴展性強等特點。

關(guān)鍵詞： 多計算機 并行 蛀洞路由 st_c104

近年來，在高性能并行計算機系統(tǒng)中，分布存儲型的多計算機系統(tǒng)的研究與應(yīng)用得到快速發(fā)展。mpp(massively parallel processors)系統(tǒng)屬于一種松散耦合的計算機系統(tǒng)，它一般由數(shù)十臺至百臺以上計算機結(jié)點和高速互連網(wǎng)絡(luò)組成，由于沒有共享內(nèi)存，各結(jié)點之間通過互連網(wǎng)以消息傳遞的方式相互通信，各結(jié)點間既相互獨立又可相互交流、共享信息，它非常適合目前各行各業(yè)方興未艾的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。新型的由硬件支持的路由技術(shù)特別是蛀洞路由器的出現(xiàn)，使多計算機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互連變得更加靈活方便，更為重要的是大大減小了通信時延，使遠(yuǎn)程通信時延和本地通信時延一樣，即通信時延與兩個結(jié)點之間的距離無關(guān)，從而大大提高了多計算機并行系統(tǒng)的通信效率。

本文介紹采用蛀洞路由器st＿c104構(gòu)造全互連多機并行系統(tǒng)的方法，我們將該技術(shù)應(yīng)用于“長纓－iii分布式并行仿真計算機系統(tǒng)” 的研制中，取得了良好的效果。

１ st_c104的結(jié)構(gòu)與特點

st＿c104是sgs_thomson公司于1996年推出的32×32高速異步網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，是專門為多cpu間互連而設(shè)計的系列產(chǎn)品之一，其結(jié)構(gòu)如圖１所示。

st＿c104具有如下主要特點：

·支持蛀洞路由方式，且可傳遞任意長度的信息包（packet）；

·時延小，不大于1μs；

·通信速率為32×100mb/s，通信帶寬達(dá)300mb/s；

·支持虛擬通道和自適應(yīng)尋徑；

·具有硬件出錯處理機制(fault tolerant network)；

·提供２對控制鏈clink，用于初始化及出錯處理；

·提供32對數(shù)據(jù)鏈dlink，用于數(shù)據(jù)傳遞及校驗。一個c104最多可直接連接32個滿足link協(xié)議的cpu（如t9000等），也可通過與高速鏈路適配器st_c101相配合，實現(xiàn)與任意型號cpu的連接；

·在線編程，可動態(tài)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

·可無限級連。

２ 基于st＿c104的多計算機系統(tǒng)

對于一般的cpu，因為外部數(shù)據(jù)線多為并行總線，且時序、協(xié)議各不相同，因此與c104連接時需要利用c101進(jìn)行鏈路適配，如圖２中小框所示，而對于具有l(wèi)ink協(xié)議的cpu，可直接與c104相連，不需加c101。一個c104最多可連接32個cpu，如果不需要那么多的cpu，或希望提高鏈路通信帶寬，則可減少cpu數(shù)量，而將c104的多個鏈路分配給同一個cpu，如圖２中＃30節(jié)點，它占用了３根link，雙向帶寬達(dá)600mb/s。

圖２中各個cpu的地位是完全相同的，每個cpu既可做為主控結(jié)點，也可做為從結(jié)點。將一個或多個任務(wù)按一定策略劃分后分配到各個結(jié)點，所有結(jié)點可同時進(jìn)行工作，各結(jié)點之間通過c104為媒介進(jìn)行實時通信，因此該多機系統(tǒng)是全互連的、并行的。

一般將由一個c104相互連接的結(jié)點合稱為一個機群，如圖２中的全部1～30個cpu結(jié)點機即構(gòu)成了一個機群。

３ st＿c104的級連與擴展

c104采用蛀洞路由方式尋徑，通信時延小，且與結(jié)點間距離無關(guān)，因此理論上c104可無限級連構(gòu)成一個任意大的mpp系統(tǒng)。但實際上任何系統(tǒng)級連的數(shù)量與其性能都不可能永遠(yuǎn)線性地增加，而是有一個平臺，在此之后，系統(tǒng)性能增長緩慢。事實上，在現(xiàn)實應(yīng)用中對系統(tǒng)規(guī)模一般也是有限的，圖３是用6個（可繼續(xù)擴展）c104構(gòu)成的平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多機系統(tǒng)。

圖中將c104相連的實線表示數(shù)據(jù)鏈，虛線表示控制鏈，