[发明专利]用于在相对低基交换机物理网络上实现高基交换机拓扑结构的方法和系统

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及光学装置，以及具体地涉及构造基于低基（low-radix）交换机物理网络的、基于光学的高基（high-radix）交换机拓扑结构。

背景技术

为了让大规模并行系统达到它们的全部性能潜力，应该平衡处理能力、存储器容量以及通信资源。能够通过考虑对剖带宽和平均通信延时来测量通信性能。对剖带宽表示在网络的两个基本相等的部分之间的带宽。平均通信延时表示在发送信息的时刻到接收到该信息的时刻之间的平均时间延迟。延时能够被测量为导向传输（fall-through）延迟与有效载荷传输时间之和。有效载荷传输时间是所传输的字节数除以物理链路的总带宽，所述物理链路在电气通信的情况下可以由一条或多条导线构成，或在光学通信的情况下可以由波导构成。导向传输延迟是在任何路径上的1个比特针对特定的源到目的地的路线从源传输到目的地所花费的时间，以及能够被确定为在导线或波导上的时间加上通过任何插入逻辑的任何传播延迟加上在路由机构中引发的任何控制延迟的总和。

两种根本不同的交换网络是可能的：分组交换和电路交换。电路交换网络由一组通过通信链路连接的电路交换机构成。链路可以是导线、光纤或任何其他用于以电信号或光学信号传输信息的适当的装置。电路交换机能够配置为将输入链路直接连接到输出链路以创建从发送机到期望接收机的期望路径。必须在通信事件之前配置电路交换网络。因此，电路交换网络具有基于网络的配置改变的物理路径拓扑结构。分组交换网络具有由利用链路互连的一组路由器构成的固定物理拓扑结构。当在分组交换网络中将分组从源路由到目的地时，必须在每个路由器处做出路由判决。当分组到达路由器时，路由器检查分组头部的目的地地址部分。路由器然后将分组放置在通向去往目的地的路径上的下个路由器的适当链路上或放置在实际到达目的地的链路上。

高基交换机网络通过减少消息必须经过的平均跳数，缩减了所有导向传输延迟部件，但是由于增加的布线复杂度而遭受成本方面的问题。在后续的描述中，术语“交换机”将表示电路交换网络中的电路交换机或分组交换网络中的路由器。对于具有相等数量的输入和输出链路的交换机来说，术语“基（radix）”表示与每个交换机相关联的输入或输出链路的数量。每个链路包括一个或多个导线或波导。每个导线每时钟周期能够携载1比特的信息。能够在单个波导上对许多个不同的波长进行波分复用。因此，能够携载n个波长的波导每个时钟周期能够携载n比特的信息。术语“链路宽度”表示每个时钟周期能够在链路上传输的比特数。术语“跳”表示从源到目的地横跨的路径的数量。如果消息或分组横跨了m跳，则m-1个交换机将参与做出路由判决。电路交换网络通过消除在每个跳处做出路由判决的需求而减少了延时，但是导致如果经常进行重配置则发生问题的配置延迟。

通信网络的成本基于交换机、路由器、转发器的数量，以及相关联的系统级集成以及装配努力，所有这些都受到布线复杂度的严重影响。布线复杂度表示为了形成网络必须连接的链路的数量。由于管脚带宽限制，大多数高性能通信结构由高基拓扑结构构建，所述高基拓扑结构采用很多低带宽连接而非较少的高带宽连接。电气高带宽连接的使用就过度功耗以及确保存在足够的信号完整性以提供可靠通信的难度来说存在问题。

与高基交换机网络相结合的具有非常大数量的节点的计算机系统在安装时间上造成显著的布线挑战以及在物理连接器和电缆方面造成显著成本。当由于需要重配置大量的电缆和导线而对网络添加资源时，具有大量节点的网络也会存在问题。