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一种面向高性能计算机的超节点控制器的研究

更新时间：2019-12-30 06:28:07 大小：536K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：计算机超节点控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

传统高性能计算机的节点由一个处理单元和一个节点控制器组成.为了有效地维护高速缓存一致性,处理单元中的处理器个数会非常有限.因此一台具有千万亿次处理能力的高性能计算机将会有上万个节点,这对互连网络的延迟和带宽都提出了非常高的要求.超节点控制器能够同时连接多个处理单元构成一个超节点,这能够减小互连网络的规模,从而降低互连网络的设计难度,并保证互连网络的性能.用FPGA实现了超节点控制器的原型系统的测试结果表明,采用超节点设计的高性能计算机拥有非常低的通信延迟,同时其通信带宽也有非常好的扩展性.

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算机研究与

展

ISSN

1000— 12391CN 11— 1777／TP

48(1)：卜8，2011

Journal

Research and

Development

Computer

一种面向高性能算机的超点控制器的研究

王

h厶3

李

h色3

李

100190)

民1’2 安学 h2

凝 1’2

1(中国科学院算技研究所北京

2(中国科学院算机系构重点

室(中国科学院算技研究所) 北京100190)

3(中周科学院研究生院北京100049)

(．ae．cn)

Research on

Controller for

Performance

High Computer

Hyper。Node

Kail’2～，Chen Feil’2”，Li

Xiaominl“，An

and Sun

Ninghuil'2

Wang

Qiang㈨3，Li

Xuejunl”，

100190)

1(Institute

of Computing Technology，Chinese Academy of Sciences。Beijing

and

Laboratory of Computer

Architecture，Chinese

Sciences

(Instituty of Computing Technology，

2(Key

System

Academy of

ChineseAcademy of

100190)

Science)，Beijing

Chinese

3(Graduate University of

100049)

Academy of Sciences，Beijing

Abstract

A traditional

high performance computer(HPC)consists

of two

and

parts：nodes

interconnection network，and the node

can be further divided into fl

unit and fl node

non— uniform

part

processing

controller．The

unit

usually

processing

symmetric

adopts

multi— processors(SMP)or

maintain the

cache coherence

with cache

memory access(NUMA)structure

coherence．In order to

number of

in fl

efficiently，the

unit

limited．Therefore，fl HPC of

processors

processing

very

would

tens of

possess

thousands

interconnection network．The

nodes，which makes

of both

very high requirement

petaflops

and bandwidth

for

connect several

the

controller introduced in this

latency

hyper— node

can

paper

Implementing hyper-nodes

units

construct a

processing

simultaneously，and they together

hyper— node．

can

reduce the scale of the interconnection network。which

reduces

of the

largely

the

of the interconnection network and

guarantees

design

the

performance

complexity

interconnection network．The

address

in the

key techniques

access，remote load

store，global

hyper— node controller，including supporting

hardware lock，and multi— rail

global

space，direct memory

the

interconnection network，can

bandwidth and enhance its

lower

communication

the sufficient

latency，guarantee

effectively

controller is

synchronization performance．The

hyper— node

implemented

hyper— nodes

with

has

FPGA，and prototype system

is built．The test result shows that the cluster with

low

it has

good extendibility

latency，and

bandwidth．

high performance computer；hyper— node

controller；global

very

words

address

Key

space；direct memory

access：remote load store

摘要

高性能算机的点由一个

元中的理器个数会非常有限．因此一台具有千万

的延

减小互

了超点控制器的原型系

理

元和一个点控制器成．了有效地

高速存一

致性，

理

次

理能力的高性能算机将会有上

万个点，

元构成一个超点，

能．用FPGA

互

网

和

都提出了非常高的要求．超点控制器能

模，从而降低互度，并保

果表明，采用超的高性能算机

也有非常好的展性．

同

接多个

理

能

网

的

网

的

互

网

的性

有

的

点

非常低的通信延，同其通信

收稿日期：2009— 08 27；修回日期：2010— 03

基金目：国家自然科学基金重点目(60633040)；国家“八六三”高技研究

展

划基金目(2006AA01A102)

万方数据

算机研究与展2011，48(1)

关

高性能算机；超点控制器；全局地址空；直接内存

法分号TP303

；

程写

中

高性能算机的性能是由高性能算机中

点

IBM公司的BlueGene／P通片上系 (SoC)

点

的性能、点的数量和点的效率共同决定的．其中

点的数量和效率很大程度上取决于点控制器和

支持全局地址空，用Quadrics公司的Elan4和

Elan5[51网卡可以搭建支持全局地址空的机群

互

网

的性能．通常情况下，点的效率会随着系

模的增大而不断降低．随着高性能算机中

点数的不断增多，保高性能算机在非常大的

模下依然有很高的效率得非常困

超并行(Hyper— parallel processing，HPP)体系

系

．

Cray公司的SeaStar芯片、IBM公司的BlueGene／

SoC芯片和Mellanox公司的ConnectX主机通道适

．

配器(HCA)[6]等内部都包含有DMA引擎；Quadrics

公司的Elan系列网卡

通

其内部多个并行工作

构⋯ 中的超

展性的．超点是指多个

点控制器接起来构成的一个超

点

在一定程度上解决了

个

的、

通信化的理核心 I)MA功能．

理

元通一个超

2超并行体系构

点．超

点

的

构能有效降低超点内部

算

元之的通

超并行体系构是中科学院算技研究所

提出的一种化的高性能算机体系

构，目是解决机群系在到达千万

信延；同由于超点的

能

减少点的数

点

行

量、降低互

网

的

模，整台高性能算机的平均

次

理能

通信延也会降低．

力

所面的效能

HPP的互

．

本文

点控制器的

介

了一种面向高性能算机的超

2．1

构

．主要献有：

l所示的是

机群系采用的互

构．

元3

了HPP体系构中超点控制器的关

机群系通常由交机、点控制器和

部分构成．

的一个点，如 1中虚框内的部分．点控制

器通常只接一个元，由于元内部需

就限制了点内理器

理

技

点，包括支持全局地址空、支持直接内存

理

元和点控制器共同构成机群系

、支持

程

写、支持全局硬件和支持多

网

等；

理

并通 FPGA

了一台使用超

点

要

cache一致性，

控制器的原型系

3)通

；

的数量．

果

了HPP体系构采用超

点

的合理性．

．1 相关工作

点控制器是高性能算机的重要成部分，

高性能算机的体系构特征通常通点控制

器体．例如Cray公司的SeaStart2矗。互芯片是一

因Swish回Node Controller⑦Processor(s)

The interconnect of

traditional

cluster．

Fig．1

种MPP系

机群系

的

点控制器．网卡合北芯片是

的点控制器，例如Myrinet公司采

机群系的互

构

常

用Lanai芯片的网卡[4J、Quadrics公司的Elan5网

卡【c1和Meltanox公司的ConnectX网卡【61等等．甚

至IBM公司的BlueGene／P[7] 点中的DMA引擎

2所示的是超并行理体系构采用的超

点

合多的互

构，与

机群系的互

构比，可以

两点不同：

及用于中断、

是一种片上的点控制器．

多控制器支持全局“可 ”的地址卒．例如

和全局

操作的

也可以

第一， 2中虚框包的部分构成一个超

点控制器．相比

的机群系，超点控制器既能

降低属于同一个超点的理器之的通信延

，也能降低属于不同超点的理器之的通

8’91高性能算机分

通

Cray公司的T3D和T3Et

DTB— Annex和E— register支持全局地址空

；

信延

．

万方数据

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